CN109412407A - 带开关电容的高升压直流变换器 - Google Patents

带开关电容的高升压直流变换器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种带开关电容的高升压直流变换器，包括输入直流电压Vi、MOSFET开关管S1、电感L1～L2、电容C1～C5、二极管D1～D6和输出负载Ro；Vi的正极与L1、D1相连接，D1的阴极与C1、D2相连接，L1的另一端与C1、D3相连接，D2的阴极与L2、C2相连接，D3的阴极与L2、S1、D4、C4相连接，C4的另一端与D5、D6相连接，D4的阴极与C3、D5、C5相连接，C5的另一端与D6、Ro相连接并作为输出直流电压Vo的正极，Vi的负极与C2、S1、C3、Ro相连接并作为输出直流电压Vo的负极。本发明设计合理，实现高电压转换增益，满足了工业应用中高增益的要求，改善了本直流变换器电路的效率，降低了输出直流电压Vo的纹波，可广泛地应用在直流变换领域内。

Description

带开关电容的高升压直流变换器
技术领域
本发明属于直流变换器技术领域，尤其是一种带开关电容的高升压直流变换器。
背景技术
近年来，随着高压直流开关电源的广泛应用，升压型DC/DC变换器在许多工业领域内越来越受欢迎。按照是否存在隔离，DC/DC变换器分为隔离型和非隔离型变换器。
隔离型变换器是将交流环节添加到基本的直流-直流变换器中，来实现更高的电压转换率，交流环节通常采用变压器实现输入和输出之间的隔离，故该转换器也称为直-交-直变换器。通常隔离型直流变换器应用于以下情况下：1)直流变换器输出端和输入端需要隔离。2)所需的输出和输入电压的比例是远远大于或小于1。隔离型变换器与非隔离型变换器相比，更容易实现升压，然而隔离变换器开关浪涌能量损失大，体积和重量相对较大，导致直流变换器成本的增加，所以非隔离型变换器越来越受到研究者的青睐。
目前，基于经典的非隔离DC/DC拓扑结构有几种先进的增强电路拓扑结构，如SC、SL、AH-SLC和SH-SLC变换器。虽然SL、SC转换器可以实现比较高的电压转换增益，但仍然有限，并不能满足许多行业的需求。同时，上述电路中的开关电压应力高，从而降低了工作效率。AH-SLC和SH-SLC转换器可以实现更高的电压转换增益，更高的工作效率，较低的电压应力和电感电流尖波，然而由于高电压的需求越来越高，更高的转换增益是工业应用市场所必需的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理且能够满足了工业应用中高增益要求的带开关电容的高升压直流变换器。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种带开关电容的高升压直流变换器，包括输入直流电压Vi、MOSFET开关管S1、电感L1、电感L2、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6和输出负载Ro；所述输入直流电压Vi的正极与电感L1的一端、二极管D1的阳极相连接，所述二极管D1的阴极与电容C1的一端、二极管D2的阳极相连接，所述电感L1的另一端与电容C1的另一端、二极管D3的阳极相连接，所述二极管D2的阴极与电感L2的一端、电容C2的一端相连接，二极管D3的阴极与电感L2的另一端、MOSFET开关管S1的一端、二极管D4的阳极、电容C4的一端相连接，所述电容C4的另一端与二极管D5的阴极、二极管D6的阳极相连接，所述二极管D4的阴极与电容C3的一端、二极管D5的阳极、电容C5的一端相连接，所述电容C5的另一端与二极管D6的阴极、输出负载Ro的正极相连接并作为输出直流电压Vo的正极，所述输入直流电压Vi的负极与电容C2的另一端、MOSFET开关管S1的另一端、电容C3的另一端、输出负载Ro的负极相连接并作为输出直流电压Vo的负极。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明将输入直流电压Vi通过电容和电感充放电来实现高电压转换增益，满足了工业应用中高增益的要求。
2、本发明中的MOSFET开关管的电压应力小，可改善本直流变换器电路的效率；电路中的电感电流尖波较低，降低了输出直流电压Vo的纹波。
3、本发明设计合理，实现高电压转换增益，满足了工业应用中高增益的要求，改善了本直流变换器电路的效率，降低了输出直流电压Vo的纹波，可广泛地应用在直流变换领域内。
附图说明
图1是本发明的电路图；
图2是本发明的MOSFET开关管S1的驱动信号Vgs图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。
一种带开关电容的高升压直流变换器，如图1所示，包括输入直流电压Vi、1个MOSFET开关管、电感L1和L2、电容C1、C2、C3、C4和C5、二极管D1、D2、D3、D4、D5和D6，输出负载Ro。所述输入直流电压Vi的正极与电感L1的一端和二极管D1的阳极相连接，二极管D1的阴极与电容C1的一端和二极管D2的阳极相连接，电感L1的另一端与电容C1的另一端和二极管D3的阳极相连接；二极管D2的阴极与电感L2的一端和电容C2的一端相连接，二极管D3的阴极与电感L2的另一端、MOSFET开关管S1的一端、二极管D4的阳极和电容C4的一端相连接；电容C4的另一端与二极管D5的阴极和二极管D6的阳极相连接；二极管D4的阴极与电容C3的一端、二极管D5的阳极和电容C5的一端相连接；电容C5的另一端与二极管D6的阴极和输出负载Ro的正极(输出直流电压Vo的正极)相连接；输入直流电压Vi的负极与电容C2的另一端、MOSFET开关管S1的另一端、电容C3的另一端和输出负载Ro的负极(输出直流电压Vo的负极)相连接。
本发明中的MOSFET开关管S1的驱动信号如图2所示，一个周期Ts分为开关导通时间段Ton和开关关断时间段Toff，开关导通时间段Ton为t0-t1，用占空比D表示，则为DTs；开关关断时间段Toff为t1-t2，用占空比D表示，则为(1-D)Ts。
本发明的工作原理为：当MOSFET开关管S1处于图2所示的Ton时间段内时，输入直流电压Vi经二极管D3和MOSFET开关管S1给电感L1充电，经二极管D1、D3和MOSFET开关管S1给电容C1充电，电容C2经MOSFET开关管S1给电感L2充电，电容C3经二极管D5和MOSFET开关管S1给电容C4充电，电容C3和C5给负载Ro供电。当MOSFET开关管S1处于图2所示的Toff时间段内时，输入直流电压Vi、电感L1和电容C1经二极管D2给电容C2充电，电容C2和电感L2经二极管D4给电容C3充电，电容C2、C4和电感L2经二极管D6给电容C3和C5充电，电容C3和C5给负载Ro供电。
实践证明，本发明提出的带开关电容的高升压直流变换器在占空比为D＝0.5时，正向输出直流电压Vo为输入直流电压Vi的12倍，满足了工业应用中高增益的要求。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (1)

1.一种带开关电容的高升压直流变换器，其特征在于：包括输入直流电压Vi、MOSFET开关管S1、电感L1、电感L2、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6和输出负载Ro；所述输入直流电压Vi的正极与电感L1的一端、二极管D1的阳极相连接，所述二极管D1的阴极与电容C1的一端、二极管D2的阳极相连接，所述电感L1的另一端与电容C1的另一端、二极管D3的阳极相连接，所述二极管D2的阴极与电感L2的一端、电容C2的一端相连接，二极管D3的阴极与电感L2的另一端、MOSFET开关管S1的一端、二极管D4的阳极、电容C4的一端相连接，所述电容C4的另一端与二极管D5的阴极、二极管D6的阳极相连接，所述二极管D4的阴极与电容C3的一端、二极管D5的阳极、电容C5的一端相连接，所述电容C5的另一端与二极管D6的阴极、输出负载Ro的正极相连接并作为输出直流电压Vo的正极，所述输入直流电压Vi的负极与电容C2的另一端、MOSFET开关管S1的另一端、电容C3的另一端、输出负载Ro的负极相连接并作为输出直流电压Vo的负极。
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