CN108768172A - 一种输入电流连续的平方高增益升压变换器 - Google Patents

一种输入电流连续的平方高增益升压变换器 Download PDF

Info

Publication number
CN108768172A
CN108768172A CN201810603264.4A CN201810603264A CN108768172A CN 108768172 A CN108768172 A CN 108768172A CN 201810603264 A CN201810603264 A CN 201810603264A CN 108768172 A CN108768172 A CN 108768172A
Authority
CN
China
Prior art keywords
switch pipe
voltage
module
capacitance
input
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810603264.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108768172B (zh
Inventor
李晶
马奎安
阳晓彬
刘少鹏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Institute of Space Radio Technology
Original Assignee
Xian Institute of Space Radio Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Institute of Space Radio Technology filed Critical Xian Institute of Space Radio Technology
Priority to CN201810603264.4A priority Critical patent/CN108768172B/zh
Publication of CN108768172A publication Critical patent/CN108768172A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108768172B publication Critical patent/CN108768172B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

一种输入电流连续的平方高增益升压变换器，包括输入升压模块、电压变换模块、整流滤波输出模块；具体包括第一开关管S1、第二开关管S2、第一电感L1、第二电感L2或变压器T、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电容C1、第二电容C2；包括非隔离拓扑结构或隔离拓扑结构。本发明可以实现输出电压的非隔离升压，也可以实现输出电压的隔离升压，适用于升压模式下需输出高电压的场合。

Description

一种输入电流连续的平方高增益升压变换器
技术领域
本发明涉及一种输入电流连续的平方高增益升压变换器，特别是一种适用于输出正电压且需要升压变换的场合，尤其升压模式下需输出较高电压的场合，可进行非隔离变换，也可进行隔离变换，属于开关功率变换器技术领域。
背景技术
星载电源作为卫星有效载荷有源单机必不可少的一部分，广泛应用于包含天通系列卫星、风云系列卫星、海洋系列卫星等不同平台的卫星系统。
卫星有效载荷整机一般由功能载荷、星载电源(EPC)两部分组成，其中功能载荷包括固态功率放大器、行波管功率放大器、接收机、变频器、数字处理类设备等。星载电源其功能是接受星上遥控指令信号，实现开关机控制，将一次母线电压转换为功能载荷有源部件需要的二次电压并将二次电压按要求时序进行输出，是星上与一次母线接口相连接的主要供配电设备。星载电源提供功能载荷工作状态的遥测数据，并保证在负载及母线发生异常状况时及时断电，保护负载设备和一次母线。星载电源性能的优劣直接决定了整机性能的优劣，它的效率决定了整机效率的高低，它的大小决定了整机的大小和重量。
对于星载电源而言，拓扑选择至关重要。不同的拓扑涉及不同的控制方式、器件选型、磁性元器件设计等关键内容。当后级负载为固态功率放大器或行波管功率放大器时，随着功率的不断提升，其所需要的电压等级也在不断提升。比如，以往砷化镓固态功率放大器所需要的电压为+5V，+8V或+10V，而现在新一代氮化镓固态功率放大器所需要的电压为+28V或+45V。对于激光终端类产品，其输出电压可达130V。对于行波管功率放大器而言，其所需要电压由小功率的几百伏提高到上千伏，甚至上万伏。现有星载电源已有拓扑包括非隔离式的降压变换器、升压变换器以及隔离式的半桥变换器、全桥变换器、推挽变换器、正激变换器、反激变换器等，以及上述各拓扑的级联组合。
后级负载为功率放大器时，现在主要存在以下问题：1.当采用非隔离式拓扑级联隔离拓扑两级级联时，当低母线范围时(如现有平台最低母线为13V)，随着后级负载所需电压的提升，受到前级非隔离式变换器增益的限制，功率隔离变压器匝比非常大，随之而来的问题就是铜损增大，并且由于匝比很大，功率隔离变压器的极间电容、极间电感也增大，会引起不可预知的共态导通及电压电流尖峰等电磁干扰问题；2.当采用单级隔离式拓扑时，当匝比为1的情况下，输出电压一般正比于占空比，也即输出电压不可能高于输入电压，同样在低母线范围、负载电压要求高的情况下，功率隔离变压器匝比悬殊。所以，探索新的拓扑解决上述问题，对于星载电源性能的提升具有重要意义。
进一步的，随着世界传统能源的枯竭和对环境的污染，新能源和清洁能源发挥了越来越重要的作用。学者Pan等在文献1."A novel transformer-less adaptable voltagequadrupler dc converter with low switch voltage stress,"(IEEE Trans.PowerElectron.,vol.29,no.9,pp.4787-4796,Sep.2014.)提到，在民用产业中的新能源领域比如燃料电池单元、光伏发电单元等，其本质属性就是基本单元输出电压非常低。学者Saadat等在文献2."A single-switch high step-up dc-dc converter based on quadraticboost,"(IEEE Trans.Ind.Electron,vol.63,no.12,pp.7733-7742,Dec.2016.)中以一个光伏能源系统为例说明，一个高增益的DC-DC变换器优于多个PV模块串联，因为后者存在阴影效应并且降低了可靠性。在这些新能源系统中，为了和后级负载所需电压进行匹配，上文已经提到，在前一级加一个高增益的DC-DC变换器是比较好的办法，由于前级输入电压约几伏，后级负载所需电压从几十伏到几百伏不等，对这一高增益变换器的增益提出了非常高的要求。另外，学者Tang在文献3."A switched-capacitor-based active networkconverter with high voltage gain,"(IEEE Transactions On Power Electronics,VOL.29,NO.6,pp.2959-2968,Jun.2014.)，学者Tseng等在文献4."High step-upinterleaved boost converter for distributed generation using renewable andalternative power sources,"(IEEE Trans.Emerg.Sel.Topics Power Electron.,vol.5,no.2,pp.713-722,Jun.2017.)，学者Leyva-Ramos等在文献5."Control strategyof a quadratic boost converter with voltage multiplier cell for high-voltagegain,"(IEEE Trans.Emerg.Sel.Topics Power Electron.,vol.5,no.4,pp.1761-1770,Dec.2017.)中提到高增益变换器在不间断电源系统，X射线系统，高密度放电管、LED/LCD等应用中必不可少。同时，很多高增益电路输入电流断续，相同开关频率下必须要加很大体积的输入滤波器来滤除纹波。所以，探索更高增益的输入电流连续的新拓扑电路对于新能源的发展具有重要的意义。
为了实现更高增益的输出，过去的若干年内，很多学者为此进行了不懈的努力。最早出现的就是boost电路，其增益为1/(1-D)，该增益不够高。后来学者Rodrigo等在文献6.”Family of quadratic step-up dc-dc converters based on non-cascadingstructures，”(IET Power Electron.Vol.8,Iss.5,pp.793-801,2015.)中提到了两类升压电路，但其缺点在于两只管子同相控制或互补控制时增益有限制，且无法进行隔离。学者Pan等在文献7.“A novel transformer-less adaptable voltage quadruoler DCconverter with low switch voltage stress,”(IEEE Trans.Power Electron.,vol.29,no.9,pp.4787-4796,Sep.2014.)中提出了一种高增益Boost电路，其增益为4/(1-D),但是其输出浮地，并且所需要的半导体器件和无源元件个数分别多达6个。
所以，探索新的电路结构简单、高增益的拓扑具有重要的意义。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种输入电流连续的平方高增益升压变换器，可以实现输出电压的非隔离升压，也可以实现输出电压的隔离升压。适用于正输出电压需要高增益升压变换的场合。另外，本发明变换器包含两个有源器件需要控制，控制简单、电路运行原理清晰，具有所有器件无瞬态的过电压应力和过电流应力的优点。
本发明的技术方案是：
一种输入电流连续的平方高增益升压变换器，包括：输入升压模块、电压变换模块、整流滤波输出模块；
输入升压模块连接外部输入电源，将外部输入电源的电压升高后传输给电压变换模块；输入升压模块包括第一开关管S1；
电压变换模块接收输入升压模块传输的升高后的电压，当输入电压和输出电压要求有共地端时，将输入升压模块和整流滤波输出模块的电压进行非隔离处理，并将电压传输给整流滤波输出模块；反之，则将输入升压模块和整流滤波输出模块的电压进行隔离处理，并将电压传输给整流滤波输出模块；电压变换模块包括第二开关管S2；
整流滤波输出模块接收电压变换模块传输的电压，进行整流滤波处理后输出给外部负载，输出电压值通过改变第一开关管S1和第二开关管S2占空比调节。
所述电压变换模块包括：非隔离模块或隔离模块。
所述非隔离模块包括：第二电感L2、第二开关管S2；
第二电感L2的一端和第二开关管S2的一端分别连接输入升压模块，第二电感L2的另一端和第二开关管S2的另一端连接，连接端连接整流滤波输出模块。
所述输入升压模块还包括：第一二极管D1、第一电感L1、第一电容C1；
第一二极管D1的正极和第一开关管S1的一端相连后连接外部电源的正极，第一开关管S1的另一端连接第一电容C1的一端，第一二极管D1的负极连接第一电容C1的另一端，第一电感L1的一端连接外部电源的负极和外部整流滤波输出模块，第一电感L1的另一端连接第一电容C1的一端，第一电容C1的一端连接非隔离模块的第二开关管S2的一端，第一电容C1的另一端连接非隔离模块的第二电感L2的一端。
所述整流滤波输出模块包括：第二二极管D2、第二电容C2；
第二二极管D2的正极连接非隔离模块第二电感L2的另一端和第二开关管S2的另一端，第二二极管D2的负极第二电容C2的一端，第二电容C2的另一端连接输入升压模块第一电感L1的一端，第二电容C2的两端并联外部的负载电阻。
所述的第一开关管S1、第二开关管S2同相控制时，输出电压VC2和输入电压Vin的增益比G满足以下关系：
D1＝D2，
其中，D1为第一开关管S1的占空比，D2为第二开关管S2的占空比，D1∈(0，1)，D2∈(0，1)，VC2为第二电容C2两端的输出电压，Vin为外部电源的输入电压。
所述的第一开关管S1、第二开关管S2反相控制时，输出电压VC2和输入电压Vin的增益比G满足以下关系：
D1+D2＝1。
其中，D1为第一开关管S1的占空比，D2为第二开关管S2的占空比，D1∈(0，1)，D2∈(0，1)，VC2为第二电容C2两端的输出电压，Vin为外部电源的输入电压。
所述隔离模块包括：去磁电路、第二开关管S2、变压器T；
去磁电路的一端连接变压器T初级的一端，变压器T初级另一端和第二开关管S2的一端相联，第二开关管S2的另一端连接去磁电路的另一端，变压器T次级的两端连接整流滤波输出模块，去磁电路与输入升压模块并联。
所述输入升压模块还包括：第一二极管D1、第一电感L1、第一电容C1；
第一二极管D1的正极分别连接第一开关管S1的一端和外部电源的正极，第一开关管S1的另一端连接第一电容C1的一端，第一二极管D1的负极连接第一电容C1的另一端，第一电感L1的一端分别连接外部电源的负极，第一电感L1的另一端连接第一电容C1的一端，第一电容C1的两端并联隔离模块的去磁电路的两端。
所述整流滤波输出模块包括：第二二极管D2、第二电容C2；
第二电容C2通过第二二极管D2的负极与第二二极管D2串联，串联后的电路两端并联隔离模块变压器T次级的两端，第二电容C2的两端并联外部的负载电阻。
所述输出电压VC2和输入电压Vin的增益比G满足以下关系：
其中，Ns为变压器T次级匝数，Np为变压器T初级匝数，D为第一开关管S1的占空比或第二开关管S2的占空比，D∈(0，1)，VC2为第二电容C2两端的输出电压，Vin为外部输入电源的输入电压。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明的非隔离结构，第一开关管S1和第二开关管S2可同相导通，可互补导通，具备控制灵活，PWM控制芯片选择范围宽的优点。
(2)本发明的非隔离结构，通过将外部输入电源Vin和第一开关管S1串连；第一电感L1并联于外部输入电源Vin和第一开关管S1的串联支路，同时第一二极管D1和第一电容C1的串联支路并联于第一开关管S1，第一二极管D1正极连接外部输入电源Vin和第一开关管S1，第一电容C1的一端和第一开关管S1、第一电感L1相连，第一电容C1另一端连接第一二极管D1的负极和第二电感L2的一端，第二电感L2另一端连接第二二极管D2正极、第二开关管S2一端，第二开关管S2另一端连接第一电容C1、第一开关管S1和第一电感L1，第二电容C2一端接第二二极管D2负极，第二电容C2另一端连接外部输入电源Vin的负端，输出负载电阻R并联于第二电容C2两端。第一开关管S1和第二开关管S2同相控制和互补控制两种工作模式下，新拓扑电路均具备电压增益高于传统boost电路的优点。相比于文献6中提到的两类升压电路，同相控制时增益一样，但所提出拓扑第二二极管D2的电压应力低于文献6中的升压电路1，第二开关管S2和第一电感L1的电流应力低于文献6中的升压电路2。并且反相控制时，增益高于上述两类升压电路。
(3)本发明的非隔离结构，在相同电压增益情况下，新提出拓扑反相控制时的半导体有源器件容量SDP一直小于传统Boost电路和文献6中所提到的两类升压电路(反相控制)，新提出拓扑同相控制时的半导体有源器件容量在电压增益>6时小于传统Boost电路，且在电压增益>7时小于该拓扑反相控制时的半导体有源器件容量SDP，和文献6中所提到的两类升压电路(同相控制)相等。SDP定义为半导体元器件上电压电流应力的乘积之和，是业内用于衡量一个电力电子变换器系统成本和体积的重要标准。SDP小，意味相同输入输出情况下，该电路对应的系统成本和体积相对最小。
(4)本发明的隔离结构，通过将外部输入电源Vin和第一开关管S1串连；第一电感L1并联于外部输入电源Vin和第一开关管S1的串联支路，同时第一二极管D1和第一电容C1的串联支路并联于第一开关管S1，第一二极管D1正极连接外部输入电源Vin和第一开关管S1，第一电容C1的一端和第一开关管S1、第一电感L1相连，第一电容C1另一端连接第一二极管D1的负极和变压器T初级的一端，变压器T初级的另一端连接第二开关管S2一端，第二开关管S2另一端连接第一电容C1、第一开关管S1和第一电感L1，去磁电路并联于变压器T初级和第二开关管S2的串联支路，变压器T次级的一端连接第二二极管D2正极、另一端连接输出电压地的参考，第二电容C2一端接第二二极管D2负极、另一端连接输出电压地的参考，输出负载电阻R并联于第二电容C2两端。在相同变压器原副边匝比时，具备升压电压增益比更高、输入电流连续的优点。相比于类似功能的正激电路，相同变压器匝比情况下，其输出电压为传统正激变换器的1/(1-D)倍，升压电压增益比更高、可实现一次母线输入电压的大范围升压隔离变换。并且相比传统正激电路，其输入电流连续，相同功率下，更加节约输入滤波器的体积和成本。
(5)本发明通过控制两只第一开关管S1和第二开关管S2，具有所有器件无瞬态的过电压应力和过电流应力的优点，具有很好的使用价值。
附图说明
图1为本发明一种输入电流连续的非隔离式平方高增益升压变换器结构图；
图2为本发明一种输入电流连续的隔离式高增益升压变换器结构图；
图3为本发明非隔离式电路第一开关管S1和第二开关管S2同相控制、本发明电路第一开关管S1和第二开关管S2反相控制、传统的Boost电路电压增益比对比图；
图4为本发明非隔离式电路第一开关管S1和第二开关管S2反相控制、文献6中升压电路1反相控制、文献6中升压电路2反相控制电压增益比对比图；
图5为本发明非隔离式电路第一开关管S1和第二开关管S2同相控制、本发明电路第一开关管S1和第二开关管S2反相控制、传统的Boost电路SDP对比图；
图6为本发明非隔离式电路第一开关管S1和第二开关管S2反相控制、文献6中升压电路1反相控制、文献6中升压电路2反相控制SDP对比图；
图7为本发明非隔离式电路第一开关管S1和第二开关管S2同相控制时，从28V升压至246V时的仿真波形图；
图8为本发明非隔离式电路第一开关管S1和第二开关管S2反相控制时，从28V升压至161V时的仿真波形图；
图9为本发明隔离式电路仿真波形。
具体实施方式
本发明针对现有技术的不足，提出一种新的输入电流连续的平方高增益升压变换器，可以实现输出电压的高增益升压，适用于正输出电压需要升压变换的场合，可隔离输入输出电压，也可不隔离输入输出电压，且两种情况下，输入电流均是连续的。另外，本发明变换器包含两个有源器件需要控制，可同相控制，可反相控制，控制灵活、PWM控制芯片选择范围宽，电路运行原理清晰，具有所有器件无瞬态的过电压应力和过电流应力的优点，下面结合附图对本发明进行详细说明。
本发明变换器，包括：输入升压模块、电压变换模块、整流滤波输出模块；
输入升压模块连接外部输入电源，将外部输入电源的电压升高后传输给电压变换模块；输入升压模块包括第一二极管D1、第一开关管S1、第一电感L1、第一电容C1；
电压变换模块接收输入升压模块传输的升高后的电压，当输入电压和输出电压要求有共地端时，将输入升压模块和整流滤波输出模块的电压进行非隔离处理，并将电压传输给整流滤波输出模块；反之，则将输入升压模块和整流滤波输出模块的电压进行隔离处理，并将电压传输给整流滤波输出模块；电压变换模块包括第二开关管S2；
电压变换模块包括：非隔离模块或隔离模块。
非隔离模块包括：第二电感L2、第二开关管S2。
隔离模块包括：去磁电路、第二开关管S2、变压器T。
整流滤波输出模块接收电压变换模块传输的电压，进行整流滤波处理后输出给外部负载，整流滤波输出模块的第二电容C2与外部负载电阻并联；包括：第二二极管D2、第二电容C2。
变换器通过改变第一开关管S1和第二开关管S2占空比，调节升压变换器的输出电压值。
本发明适用于正输出电压需要升压变换的场合，可隔离输入输出电压，也可不隔离输入输出电压，且两种情况下，输入电流均是连续的，包括第一开关管S1，第二开关管S2，第一电感L1、第二电感L2，第一二极管D1、第二二极管D2，第一电容C1、第二电容C2。
如图1所示，非隔离结构，外部电源Vin的正极和第一开关管S1串连；第一电感L1并联于Vin和第一开关管S1的串联支路，同时第一二极管D1负极和第一电容C1的串联支路并联于第一开关管S1，第一二极管D1正极连接外部电源Vin的正极和第一开关管S1，第一电容C1的一端和第一开关管S1、第一电感L1相连，第一电容C1另一端连接第二电感L2的一端，第二电感L2另一端连接第二二极管D2正极和第二开关管S2一端，第二开关管S2另一端连接第一电容C1、第一开关管S1和第一电感L1，第二电容C2一端接第二二极管D2负极、另一端连接外部电源Vin的负极，输出负载电阻R并联于第二电容C2两端，第一开关管S1和第二开关管S2同相控制和互补控制时，均具备升压电压增益比更高的优点。
如图2所示，隔离结构，通过将外部电源Vin的正极和第一开关管S1串连；第一电感L1并联于外部电源Vin和第一开关管S1的串联支路，同时第一二极管D1负极和第一电容C1的串联支路并联于第一开关管S1，第一二极管D1正极连接外部电源Vin的正极和第一开关管S1，第一电容C1的一端和第一开关管S1、第一电感L1相连，第一电容C1另一端连接第一二极管D1的负极和变压器T初级的一端，变压器T初级的另一端连接第二开关管S2一端，第二开关管S2另一端连接第一电容C1、第一开关管S1和第一电感L1，去磁电路并联于变压器初级和第一开关管S1的串联支路，变压器T次级的一端连接第二二极管D2正极、另一端连接输出电压地的参考，第二电容C2一端接第二二极管D2负极、另一端连接输出电压地的参考，输出负载电阻R并联于第二电容C2两端，在相同变压器原副边匝比时，具备升压电压增益比更高、输入电流连续的优点。
本发明通过调节第一开关管S1、第二开关管S2的导通时间长短，也即占空比D的大小实现不同的变换器输出电压值。非隔离拓扑中，所述的第一开关管S1、第二开关管S2同相控制时，输入输出电压增益为所述的第一开关管S1、第二开关管S2反相控制时，输入输出电压增益为隔离拓扑中，所述的第一开关管S1、第二开关管S2可同相控制，可反相控制，其效果一样，输入输出电压增益为可以看到，如果隔离拓扑中，则本电路几种工作模式下所输出的电压值始终高于输入电压，工作于升压模式。其中，D1为第一开关管S1的占空比，D2为第二开关管S2的占空比，D1∈(0，1)，D2∈(0，1)，D为第一开关管S1的占空比或第二开关管S2的占空比，VC2为第二电容C2两端的输出电压，Vin为外部电源的输入电压，Ns为变压器T次级匝数，Np为变压器T初级匝数。
本发明为升压电路，和同种功能的基本开关功率变换器中的Boost电路以及文献6中的两类升压电路相比较，本发明的拓扑电路工作模式多样，控制芯片选择灵活，即可同相控制，也可反相控制；相比于传统Boost电路，两种工作模式下增益均高于Boost电路。相比于文献6中两类升压电路，同相控制时增益一样，但所提出拓扑第二二极管D2的电压应力低于文献6中的升压电路1，第二开关管S2和第一电感L1的电流应力低于文献6中的升压电路2，并且反相控制时，增益高于上述两类升压电路；在相同电压增益情况下，本发明的拓扑电路反相控制时的半导体有源器件容量SDP一直小于传统Boost电路和文献6中所提到的两类升压电路(反相控制)，本发明的拓扑电路同相控制时的半导体有源器件容量在电压增益>6后，小于传统Boost电路，适用于高增益场合，具有很好的使用价值。下面具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
具体实现方式中，非隔离拓扑中输入电源Vin取28V，第一电感L1取500uH，第二电感L2取800uH，第一电容C1取10uF，第二电容C2取100uF，外部负载电阻R取200欧姆，同相控制占空比选择0.7，反相控制时占空比选择0.3或0.7。隔离拓扑中电源Vin取28V，第一电感L1取500uH，第一电容C1取10uF，第二电感L2取800uH，第二电容C2取100uF，外部负载电阻R取100欧姆，分别选择匝比为1，占空比为0.3和匝比为2，占空比为0.7。
为了验证本发明，图3给出了本发明非隔离式电路第一开关管S1和第二开关管S2同相控制、反相控制、传统的Boost电路电压增益比曲线，该曲线表明，本发明提出的电路拓扑比Boost电路具有更高的电压增益。为了验证本发明，图4给出了本发明非隔离式电路第一开关管S1和第二开关管S2反相控制、文献6中升压电路1反相控制、文献6中升压电路2反相控制的电压增益比曲线，该曲线表明，本发明反相控制时比文献6中两类升压电路具有更高的电压增益。为了验证本发明，图5给出了本发明非隔离式电路第一开关管S1和第二开关管S2同相控制、反相控制、传统的Boost电路SDP对比曲线，该曲线表明，本发明反相控制时的半导体有源器件容量SDP一直小于传统Boost电路，本发明同相控制时的半导体有源器件容量在电压增益>6后，小于传统Boost电路。为了验证本发明，图6给出了本发明非隔离式电路第一开关管S1和第二开关管S2反相控制、文献6中升压电路1反相控制、文献6中升压电路2反相控制的SDP对比曲线，该曲线表明，本发明反相控制时的半导体有源器件容量SDP一直小于文献6中所提到的两类升压电路(反相控制)。为了验证本发明，图7给出了本发明非隔离式电路第一开关管S1和第二开关管S2同相控制时，从28V升压至246V时的仿真波形图，占空比为0.7，在图7中波形自上而下依次为：场效应管S1驱动电压＝2v/div，第一电容C1电压＝2v/div，第二电容C2电压也即输出电压＝0.1v/div，第一电感L1电流＝0.2A/div，第二电感L2电流＝0.5A/div，输入电流Iin＝2A/div，横轴时间刻度为199.8ms～200ms(50us/div)，可以看到，增益高且输入电流连续。为了验证本发明，图8给出了本发明非隔离式电路第一开关管S1和第二开关管S2反相控制时，从28V升压至161V时的仿真波形图，占空比为0.3，图8(a)占空比为0.3，在图8(a)中波形自上而下依次为：第一开关管S1驱动电压＝2v/div，第一电容C1电压＝0.5v/div，第二电容C2电压也即输出电压＝0.1v/div，第一电感L1电流＝0.1A/div，第二电感L2电流＝0.2A/div，输入电流Iin＝1A/div，横轴时间刻度为199.8ms～200ms(50us/div)；图8(b)占空比为0.7，在图8(b)中波形自上而下依次为：第一开关管S1驱动电压＝2v/div，第一电容C1电压＝0.5v/div)，第二电容C2电压也即输出电压＝0.02v/div，第一电感L1电流＝0.2A/div，第二电感L2电流＝0.2A/div，输入电流Iin＝0.5A/div，横轴时间刻度为199.8ms～200ms(50us/div)；可以看到，增益高且输入电流连续。为了验证本发明，图9给出了本发明隔离式电路从28V升压至40V，占空比为0.3，匝比为1和从28V升压至186V，占空比为0.7，匝比为2时的仿真波形图，在图9(a)中波形自上而下依次为：第一开关管S1驱动电压＝2v/div，第一电容C1电压＝0.005v/div，第二电容C2电压也即输出电压＝0.005v/div，第一电感L1电流＝0.2A/div，输入电流Iin＝0.2A/div，横轴时间刻度为199.8ms～200ms(50us/div)；在图9(b)中波形自上而下依次为：第一开关管S1驱动电压＝2v/div，第一电容C1电压＝0.02v/div，第二电容C2电压也即输出电压＝0.05v/div，第一电感L1电流＝0.2A/div，输入电流Iin＝0.2A/div，横轴时间刻度为199.8ms～200ms(50us/div)可以看到，增益高且输入电流连续。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种输入电流连续的平方高增益升压变换器，其特征在于，包括：输入升压模块、电压变换模块、整流滤波输出模块；
输入升压模块连接外部输入电源，将外部输入电源的电压升高后传输给电压变换模块；输入升压模块包括第一开关管S1；
电压变换模块接收输入升压模块传输的升高后的电压，包括非隔离模块或隔离模块；
当输入电压和输出电压要求有共地端时，使用非隔离模块将输入升压模块和整流滤波输出模块的电压进行非隔离处理，并将电压传输给整流滤波输出模块；当输入电压和输出电压不要求有共地端时，使用隔离模块将输入升压模块和整流滤波输出模块的电压进行隔离处理，并将电压传输给整流滤波输出模块；电压变换模块包括第二开关管S2；
整流滤波输出模块接收电压变换模块传输的电压，进行整流滤波处理后输出给外部负载。
2.根据权利要求1所述变换器，其特征在于：所述整流滤波输出模块的输出电压值通过改变第一开关管S1和第二开关管S2占空比调节。
3.根据权利要求2所述变换器，其特征在于，所述非隔离模块包括：第二电感L2、第二开关管S2；
第二电感L2的一端和第二开关管S2的一端分别连接输入升压模块，第二电感L2的另一端和第二开关管S2的另一端连接，连接端连接整流滤波输出模块。
4.根据权利要求3所述变换器，其特征在于，所述输入升压模块还包括：第一二极管D1、第一电感L1、第一电容C1；
第一二极管D1的正极和第一开关管S1的一端相连后连接外部电源的正极，第一开关管S1的另一端连接第一电容C1的一端，第一二极管D1的负极连接第一电容C1的另一端，第一电感L1的一端连接外部电源的负极和外部整流滤波输出模块，第一电感L1的另一端连接第一电容C1的一端，第一电容C1的一端连接非隔离模块的第二开关管S2的一端，第一电容C1的另一端连接非隔离模块的第二电感L2的一端。
5.根据权利要求4所述变换器，其特征在于，所述整流滤波输出模块包括：第二二极管D2、第二电容C2；
第二二极管D2的正极连接非隔离模块第二电感L2的另一端和第二开关管S2的另一端，第二二极管D2的负极第二电容C2的一端，第二电容C2的另一端连接输入升压模块第一电感L1的一端，第二电容C2的两端并联外部的负载电阻。
6.根据权利要求5所述变换器，其特征在于：所述的第一开关管S1、第二开关管S2同相控制时，输出电压VC2和输入电压Vin的增益比G满足以下关系：
D1＝D2，
其中，D1为第一开关管S1的占空比，D2为第二开关管S2的占空比，D1∈(0，1)，D2∈(0，1)，VC2为第二电容C2两端的输出电压，Vin为外部电源的输入电压。
所述的第一开关管S1、第二开关管S2反相控制时，输出电压VC2和输入电压Vin的增益比G满足以下关系：
D1+D2＝1。
其中，D1为第一开关管S1的占空比，D2为第二开关管S2的占空比，D1∈(0，1)，D2∈(0，1)，VC2为第二电容C2两端的输出电压，Vin为外部电源的输入电压。
7.根据权利要求2所述的变换器，其特征在于，所述隔离模块包括：去磁电路、第二开关管S2、变压器T；
去磁电路的一端连接变压器T初级的一端，变压器T初级另一端和第二开关管S2的一端相联，第二开关管S2的另一端连接去磁电路的另一端，变压器T次级的两端连接整流滤波输出模块，去磁电路与输入升压模块并联。
8.根据权利要求7所述的变换器，其特征在于，所述输入升压模块还包括：第一二极管D1、第一电感L1、第一电容C1；
第一二极管D1的正极分别连接第一开关管S1的一端和外部电源的正极，第一开关管S1的另一端连接第一电容C1的一端，第一二极管D1的负极连接第一电容C1的另一端，第一电感L1的一端分别连接外部电源的负极，第一电感L1的另一端连接第一电容C1的一端，第一电容C1的两端并联隔离模块的去磁电路的两端。
9.根据权利要求8所述变换器，其特征在于，所述整流滤波输出模块包括：第二二极管D2、第二电容C2；
第二电容C2通过第二二极管D2的负极与第二二极管D2串联，串联后的电路两端并联隔离模块变压器T次级的两端，第二电容C2的两端并联外部的负载电阻。
10.根据权利要求9所述变换器，其特征在于：所述输出电压VC2和输入电压Vin的增益比G满足以下关系：
其中，Ns为变压器T次级匝数，Np为变压器T初级匝数，D为第一开关管S1的占空比或第二开关管S2的占空比，D∈(0，1)，VC2为第二电容C2两端的输出电压，Vin为外部输入电源的输入电压。
CN201810603264.4A 2018-06-12 2018-06-12 一种输入电流连续的高增益升压变换器 Active CN108768172B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810603264.4A CN108768172B (zh) 2018-06-12 2018-06-12 一种输入电流连续的高增益升压变换器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810603264.4A CN108768172B (zh) 2018-06-12 2018-06-12 一种输入电流连续的高增益升压变换器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108768172A true CN108768172A (zh) 2018-11-06
CN108768172B CN108768172B (zh) 2019-08-09

Family

ID=64021135

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810603264.4A Active CN108768172B (zh) 2018-06-12 2018-06-12 一种输入电流连续的高增益升压变换器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108768172B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110635684A (zh) * 2019-09-09 2019-12-31 南通大学 一种单管准Z源Boost变换器
AT523409A4 (de) * 2020-07-24 2021-08-15 Himmelstoss Dipl Ing Dr Felix Gleichspannungswandler mit konstantem Eingangsstrom

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103391001A (zh) * 2013-08-05 2013-11-13 江苏博纬新能源科技有限公司 用于光伏逆变器mppt环节的高增益dcdc变换器
CN103441668A (zh) * 2013-08-26 2013-12-11 华南理工大学 一种伪连续工作的高增益升压型dc-dc变换器
CN107346939A (zh) * 2017-05-04 2017-11-14 北京信息科技大学 一种新型准z源dc/dc变换器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103391001A (zh) * 2013-08-05 2013-11-13 江苏博纬新能源科技有限公司 用于光伏逆变器mppt环节的高增益dcdc变换器
CN103441668A (zh) * 2013-08-26 2013-12-11 华南理工大学 一种伪连续工作的高增益升压型dc-dc变换器
CN107346939A (zh) * 2017-05-04 2017-11-14 北京信息科技大学 一种新型准z源dc/dc变换器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
J. LEYVA-RAMOS 等: "Control Strategy of a Quadratic Boost Converter With Voltage Multiplier Cell for High-Voltage Gain", 《IEEE JOURNAL OF EMERGING AND SELECTED TOPICS IN POWER ELECTRONICS》 *
胡雪峰: "高增益非隔离型Boost变换器拓扑及其衍生方法研究", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110635684A (zh) * 2019-09-09 2019-12-31 南通大学 一种单管准Z源Boost变换器
CN110635684B (zh) * 2019-09-09 2021-08-20 南通大学 一种单管准Z源Boost变换器
AT523409A4 (de) * 2020-07-24 2021-08-15 Himmelstoss Dipl Ing Dr Felix Gleichspannungswandler mit konstantem Eingangsstrom
AT523409B1 (de) * 2020-07-24 2021-08-15 Himmelstoss Dipl Ing Dr Felix Gleichspannungswandler mit konstantem Eingangsstrom

Also Published As

Publication number Publication date
CN108768172B (zh) 2019-08-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107517003B (zh) 一种输出浮地输入并联高增益Boost变换电路及切换方法
CN105958816B (zh) 一种多单元二极管电容网络和耦合电感高增益直流变换器
CN102969893A (zh) 一种高增益升压型直流变换器
CN108512430A (zh) 一种zvzcs全桥三端口变换器及其控制方法
CN108768172B (zh) 一种输入电流连续的高增益升压变换器
CN210724563U (zh) 一种tγ新型升压dc-dc直流变换器拓扑
Kumar et al. An integrated Boost-Sepic-Ćuk DC-DC converter with high voltage ratio and reduced input current ripple
CN207664872U (zh) 一种新颖的宽范围输入功率变换电路
Hosseini et al. An extended high step-up multi-input dc-dc converter
CN111786555B (zh) 基于新型升压单元的零纹波高增益dc-dc变换器
CN109672332A (zh) 一种单管高增益零纹波dc-dc变换器
Haris et al. A review of non-isolated high gain DC-to-DC converter topologies
CN209419304U (zh) 供电装置及系统
CN218161811U (zh) 具有高低压输出的单级变换拓扑结构充电机
CN217087767U (zh) 一种超高增益dc/dc升压变换器
CN108809096B (zh) 一种用于宽母线范围的平方高增益升压/升降压变换器
CN109149933A (zh) 一种带有耦合电感的高增益dc/dc变换器
CN108599593A (zh) 一种自均流模块化大容量高升压整流器
CN111669057B (zh) 直流升压变换器及其控制方法
CN112234817A (zh) 一种大降压比和低电压应力的Buck电路
CN103312154A (zh) 一种串联式多输入耦合电感升降压变换器
CN107046369A (zh) 一种升压三相半桥变换器及其控制方法
CN102761266A (zh) 一种具有多路输出的大功率开关电源电路
CN108075669B (zh) 带集成级联结构的dc-dc变换器
Hou et al. A high step-up converter based on switched-capacitor voltage accumulator

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant