CN109474183B - 一种双输入高增益dc/dc变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双输入高增益DC/DC变换器，其特征在于：包括第一输入端口，第二输入端口，负载端口，第一开关管、第二开关管，第一二极管、第二二极管、第三二极管，第四二极管，第一电感、第二电感，第一电容、第二电容、第三电容和负载。本发明三种工作模式可以替代三个单输入单输出DC/DC变换器，结构简单、可靠性高，且电压增益高于传统单输入单输出升压变换器。

Description

一种双输入高增益DC/DC变换器
技术领域
本发明涉及一种双输入高增益DC/DC变换器。
背景技术
随着能源危机和环境污染问题日益严重，太阳能、风能、燃料电池等新能源和可再生能源的开发和利用得到越来越广泛的关注，新能源发电系统已成为世界各国关注和研究的热点。由于太阳能电池等新能源发电系统存在电力供应不稳定、不连续和随环境条件变化等缺点，无法保证负载获得足够的能量。因此，某一种新能源独立工作不能完全满足用户对稳定电力供应的要求，为此人们提出了多种新能源联合供电的概念。
在多种新能源联合供电系统中，每个输入源可以采用一个单输入DC/DC变换器对电压进行调节，但整个系统结构较为复杂，且成本较高。而采用多输入变换器替代单一输入变换器可以提升系统的效率和可靠性，降低系统成本，已经成为了近年来电力电子变换领域的研究和应用热点。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种双输入高增益DC/DC变换器，实现可以替代三个单输入单输出DC/DC变换器，结构简单、可靠性高,且电压增益高于传统单输入单输出升压变换器。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种双输入高增益DC/DC变换器，包括第一输入端口，第二输入端口，负载端口，第一开关管、第二开关管，第一二极管、第二二极管、第三二极管，第四二极管，第一电感、第二电感，第一电容、第二电容、第三电容和负载；所述第一输入端口正极端通过第一电感分别连接第一开关管漏级、第一二极管的正端、第一电容的一端；所述第一电容的另一端分别连接第二二极管的正端、第三电容的一端、负载端口的一端；所述第一输入端口负极端与第二输入端口负极端连接；所述第二输入端口正极端与第二电感的一端、第三二极管的正极分别连接；所述第二电感另一端与第二开关管漏级、第二电容的一端连接；第二电容的另一端与第四二极管的正极、第三二极管的负极、第一二极管的负极分别连接；第四二极管的负极和第三电容另一端、负载端口的另一端分别连接；所述第二输入端口的负极与第一开关管源级、第二开关管源级、第二二极管负极连接。
进一步的，所述第一开关管S1占空比为D1，第二开关管S2占空比为D2，两个开关管在一个开关周期内至少有一个开关管导通，即两个开关管驱动信号要有交叠，则有三种工作模式：
1）输入端口1单独对负载供电工作模式：输入端口1接入电源Vi1，输入端口2悬空，则其电压增益为M=V0/Vi1=2/(1-D1)，通过控制开关管S1的占空比D1可以实现输入端口1对负载供电。
2）输入端口2单独对负载供电工作模式：输入端口2接入电源Vi2，输入端口1悬空，则其电压增益为M=V0/Vi2=1+1/(1-D2)，通过控制开关管S2的占空比D2可以实现输入端口2对负载供电。
3）输入端口1和输入端口2共同对负载供电工作模式：输入端口1接入电源Vi1，输入端口2接入电源Vi2，则其电压增益为M=（2*Vi1）/(1-D1)+Vi2/(1-D2)；通过控制开关管S1和S2的占空比实现输入端口1和输入端口2共同对负载供电。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明三种工作模式可以替代三个单输入单输出DC/DC变换器，结构简单、可靠性高，而且这三种工作模式的电压增益均高于传统单输入单输出升压变换器（Boost变换器）的电压增益M=1/(1-D)。
附图说明
图1是本发明电路图；
图2是本发明三种工作模式开关管驱动信号波形图；
图3 是本发明一实施例中输入端口1单独供电的工作过程
图4是本发明一实施例中输入端口2单独供电的工作过程
图5是本发明一实施例中输入端口1和输入端口2共同供电的工作过程
图6是本发明一实施例中输入端口1单独供电时主要仿真波形
图7是本发明一实施例中输入端口2单独供电时主要仿真波形
图8是本发明一实施例中两个端口共同供电时主要仿真波形。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
请参照图1，本发明提供一种双输入高增益DC/DC变换器，包括第一输入端口Vi1，第二输入端口Vi2，负载端口，第一开关管S1、第二开关管S2，第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3，第四二极管D4，第一电感L1、第二电感L2，第一电容C1、第二电容C2、第三电容C0和负载R0；所述第一输入端口Vi1正极端通过第一电感L1分别连接第一开关管S1漏级、第一二极管D1的正端、第一电容C1的一端；所述第一电容C1的另一端分别连接第二二极管D2的正端、第三电容C3的一端、负载端口的一端；所述第一输入端口Vi1负极端与第二输入端口Vi2负极端连接；所述第二输入端口Vi2正极端与第二电感L2的一端、第三二极管D3的正极分别连接；所述第二电感L2另一端与第二开关管S2漏级、第二电容C2的一端连接；第二电容C2的另一端与第四二极管D4的正极、第三二极管D3的负极、第一二极管D1的负极分别连接；第四二极管D4的负极和第三电容D3另一端、负载端口的另一端分别连接；所述第二输入端口Vi2的负极与第一开关管S1源级、第二开关管S2源级、第二二极管D2负极连接。
本发明一实施例中，三种工作模式开关管驱动信号波形图如图2所示，D1为开关管S1驱动信号占空比，D2为开关管S2驱动信号占空比，两个开关管在一个开关周期内至少有一个开关管导通，即两个开关管驱动信号ug1和ug2需要交叠,三种工作模式工作过程如下：
1、输入端口1接入Vi1，输入端口2悬空
输出电压：V0=2*Vi1/(1-D1)，电路工作过程分为4个阶段：
1) （t0-t1）阶段: 开关管S1、S2均导通，端口1输入电源Vi1给电感L1充电，电容C1和C2串联通过开关管S1、S2和二极管D4向负载提供能量，工作过程如图3（a）所示。
2) （t1-t2）阶段：开关管S1关断，S2导通，电感L1释放能量，输入电源Vi1和电感L1分别通过二极管D2给电容C1充电和通过二极管D1、开关管S2给电容C2充电，工作过程如图3（b）所示。
3) （t2-t3）阶段: 工作过程同(t0-t1)阶段,工作过程如图3（c）所示。
4) （t3-t4）阶段: 开关管S1管导通，开关管S2关断，输入端口Vi1给电感L1充电,工作过程如图3（d）所示。
当Vi1=20V,D1=0.75时，这个阶段的主要仿真波形如图6所示，可以看出输出电压仿真值为160.6V，与由V0=2*Vi1/(1-D1)计算出来的理论值160V基本一致。
2、输入端口2接入Vi2，输入端口1悬空,输出电压：V0=Vi2*[(1+1/1-D2)]， 电路工作过程分为2个阶段：
1）（t0-t3）阶段: 开关管S2导通，端口2输入电源Vi2给电感L2充电，同时Vi2经过D3给C2充电，工作过程如图4（a）所示。
2）（t3-t4）阶段: 开关管S1导通，开关管S2关断。输入电源Vi2与电感L2、电容C2串联 通过二极管D4、D2向负载供电,工作过程如图4（b）所示。
当Vi2=20V,D2=0.75时，这个阶段的主要仿真波形如图7所示，可以看出输出电压仿真值为100.0V，与由V0=Vi2*[(1+1/1-D2)]计算出来的理论值100V一致。
3、输入端口1和输入端口2共同对负载供电工作模式，输出电压：V0=2*Vi1/(1-D1)+Vi2/(1-D2) ，电路工作过程分为4个阶段：
1）(t0-t1)阶段: 开关管S1、S2均导通，输入电源Vi1对电感L1充电，输入电源Vi2对电感L2充电,工作过程如图5（a）所示。
2）（t1-t2）阶段: 开关管S1关断，开关管S2导通；电感L1放电，输入电源Vi1和电感L1通过二极管D2对电容C1充电，输入电源Vi2对电感L2继续充电,工作过程如图5（b）所示。
3）（t2-t3）阶段: 工作状态与 (t0-t1) 阶段一致,工作过程如图5（c）所示。
4）（t3-t4）阶段: 开关管S1导通，开关管S2关断，输入电源Vi1对电感L1充电，输入电源Vi2、电容C1、C2和电感L2串联通过开关管S1和二极管D4给负载供电,工作过程如图5（d）所示。
当Vi1=Vi2=20V,D1=D2=0.75时，这个阶段的主要仿真波形如图8所示，可以看出输出电压仿真值为239.5V，与由V0=2*Vi1/(1-D1)+Vi2/(1-D2)计算出来的理论值240V基本一致。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (2)

1.一种双输入高增益DC/DC变换器，其特征在于：包括第一输入端口，第二输入端口，负载端口，第一开关管、第二开关管，第一二极管、第二二极管、第三二极管，第四二极管，第一电感、第二电感，第一电容、第二电容、第三电容和负载；所述第一输入端口正极端通过第一电感分别连接第一开关管漏极、第一二极管的正极、第一电容的一端；所述第一电容的另一端分别连接第二二极管的正极、第三电容的一端、负载端口的一端；所述第一输入端口负极端与第二输入端口负极端连接；所述第二输入端口正极端与第二电感的一端、第三二极管的正极分别连接；所述第二电感另一端与第二开关管漏极、第二电容的一端连接；第二电容的另一端与第四二极管的正极、第三二极管的负极、第一二极管的负极分别连接；第四二极管的负极和第三电容另一端、负载端口的另一端分别连接；所述第二输入端口的负极与第一开关管源极、第二开关管源极、第二二极管负极连接。
2.根据权利要求1所述的一种双输入高增益DC/DC变换器控制方法，其特征在于：
所述第一开关管S1占空比为D1，第二开关管S2占空比为D2，两个开关管在一个开关周期内至少有一个开关管导通，即两个开关管驱动信号互有交叠，有三种工作模式：
1）第一输入端口单独对负载供电工作模式：第一输入端口接入电源Vi1，第二输入端口悬空，则其电压增益为M=V0/Vi1=2/(1-D1)，通过控制开关管S1的占空比D1可以实现第一输入端口对负载供电，其中V0为变换器的输出电压；
2）第二输入端口单独对负载供电工作模式：第二输入端口接入电源Vi2，第一输入端口悬空，则其电压增益为M=V0/Vi2=1+1/(1-D2)，通过控制开关管S2的占空比D2可以实现第二输入端口对负载供电；
3）第一输入端口和第二输入端口共同对负载供电工作模式：第一输入端口接入电源Vi1，第二输入端口接入电源Vi2，则其电压增益为M=（2*Vi1）/(1-D1)+Vi2/(1-D2)；通过控制开关管S1和S2的占空比实现第一输入端口和第二输入端口共同对负载供电。
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