CN109687710A - 一种非隔离boost电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种非隔离BOOST电路，包括：输入正极连接端子、负极连接端子、电流传感器、输入滤波电容组件、储能电感、开关功率管组件、整流管组件、高频滤波电容组件、输出滤波电容组件、输出正极接线端子和汇流条，电流传感器通过输入正极汇流条连接储能电感和输入滤波电容组件，储能电感通过开关管汇流条连接整流管组件和开关功率管组件。整流管组件通过输出正极汇流条连接输出正极接线端子、高频滤波电容组件以及输出滤波电容组件，输入滤波电容组件、开关功率管组件、高频滤波电容组件以及输出滤波电容组件均通过负极汇流条连接负极连接端子。采用汇流条载流减小了电路板尺寸，具有制作成本低、电路简单，可靠性高的特点。

Description

一种非隔离BOOST电路
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种非隔离BOOST电路。
背景技术
在能源危机和环境污染问题的压力下，节能、环保、已成为当今发展的主题，高频开关电源因工作频率高、功率开关工作在开关模式，具有效率高，体积小的优点，已逐步取代了线性电源。但是在MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)非隔离大功率BOOST电路中，当功率增加时则需要增大电路板的铜箔面积来增加电路板载流，并采用多只MOSFET管并联使用。当电路板的铜箔距离增加，分布电感也随之增加，分布电感在开关管关闭时电感放电产生高压，并与分布电容形成谐振。
传统的非隔离BOOST电路是通过增加有源或无源的缓冲电路，降低引线电感产生的高压来减少分布电感。但由于需要增加辅助电路，并增加大电路板尺寸，增加了制作成本。
发明内容
针对以上的不足，本发明提供了一种非隔离BOOST电路，采用汇流条载流减小了电路板尺寸，具有制作成本低、电路简单，可靠性高的特点。
为了解决上述问题，本发明提供一种非隔离BOOST电路，包括：输入正极连接端子、负极连接端子、电流传感器、输入滤波电容组件、储能电感、开关功率管组件、整流管组件、高频滤波电容组件、输出滤波电容组件、输出正极接线端子和汇流条，所述汇流条包括输入正极汇流条、输出正极汇流条、开关管汇流条和负极汇流条，
所述电流传感器的一端连接所述输入正极连接端子，所述电流传感器的另一端通过所述输入正极汇流条连接所述储能电感的一端和所述输入滤波电容组件的一端，所述输入滤波电容组件的另一端通过所述负极汇流条连接所述负极连接端子，所述储能电感的另一端通过所述开关管汇流条连接所述整流管组件和所述开关功率管组件；
所述整流管组件通过所述输出正极汇流条连接所述输出正极接线端子、所述高频滤波电容组件的一端以及所述输出滤波电容组件的一端，所述开关功率管组件、所述高频滤波电容组件的另一端以及所述输出滤波电容组件的另一端均通过所述负极汇流条连接所述负极连接端子。
优选地，还包括熔断器，所述电流传感器通过所述熔断器连接所述输入正极连接端子。
优选地，还包括电路板，所述输入正极连接端子、所述负极连接端子、所述熔断器、所述电流传感器、所述输入滤波电容组件、所述储能电感、所述开关功率管组件、所述整流管组件、所述高频滤波电容组件、所述输出滤波电容组件、所述输出正极接线端子、所述输入正极汇流条、所述输出正极汇流条、所述开关管汇流条和所述负极汇流条均设置于所述电路板。
优选地，所述电路板为双面敷铜板。
优选地，还包括设置于所述电路板的控制电路单元，所述控制电路单元连接所述开关功率管组件和所述输出正极接线端子。
优选地，所述开关功率管组件包括两个或两个以上的功率MOS管，各所述功率MOS管的栅极连接所述控制电路单元，各所述功率MOS管的漏极通过所述开关管汇流条连接所述储能电感和所述整流管组件，各各所述功率MOS管的源极通过所述负极汇流条连接所述负极连接端子。
优选地，所述功率MOS管的引脚弯90度安装于所述电路板。
优选地，所述高频滤波电容组件安装于所述开关功率管组件和所述整流管组件之间。
优选地，还包括散热器，所述散热器安装于所述电路板且覆盖所述开关功率管组件、所述整流管组件和所述高频滤波电容组件。
优选地，所述汇流条为铜汇流条。
本发明的有益效果：
上述非隔离BOOST电路，电路中各器件之间采用汇流条连接，解决了BOOST电路中为了增大电路载流能力而增加电路敷铜面积和器件之间的距离导致分布电感增大的问题，减小了电路引线电感。采用汇流条载流减小了电路板尺寸，具有制作成本低、电路简单，可靠性高的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明一实施例中的一种非隔离BOOST电路的结构框图；
图2是本发明一具体实施方式中的非隔离BOOST电路的原理图；
图3是本发明一具体实施方式中的非隔离BOOST电路的结构示意图；
图4是本发明一具体实施方式中的非隔离BOOST电路的结构主视图；
图5是本发明一具体实施方式中的非隔离BOOST电路的结构侧视图；
图6是本发明一具体实施方式中的非隔离BOOST电路的结构俯视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种非隔离BOOST电路，适用于减小大功率非隔离BOOST电路的分布电感。如图1所示，该电路包括输入正极连接端子J3、负极连接端子J2、电流传感器IS1、输入滤波电容组件110、储能电感L1、开关功率管组件120、整流管组件130、高频滤波电容组件140、输出滤波电容组件150、输出正极接线端子J1和汇流条，汇流条包括输入正极汇流条H4、输出正极汇流条H1、开关管汇流条H2和负极汇流条H3。
电流传感器IS1的一端连接输入正极连接端子J3，电流传感器IS1的另一端通过输入正极汇流条H4连接储能电感L1的一端和输入滤波电容组件110的一端，输入滤波电容组件110的另一端通过负极汇流条H3连接负极连接端子J2，储能电感L1的另一端通过开关管汇流条H2连接整流管组件130和开关功率管组件120。整流管组件130通过输出正极汇流条H1连接输出正极接线端子J1、高频滤波电容组件140的一端以及输出滤波电容组件150的一端，开关功率管组件120、高频滤波电容组件140的另一端以及输出滤波电容组件150的另一端均通过负极汇流条H3连接负极连接端子J2。
进一步地，非隔离BOOST电路还可包括熔断器F1，电流传感器IS1通过熔断器F1连接输入正极连接端子J3。具体地，低压直流源的输入正极连接到输入正极连接端子J3，负极连接到负极连接端子J2。经熔断器F1连接到电流传感器IS1，经输入滤波电容组件110，继储能电感L1连接到开关功率管组件120，整流管组件130连接到高频滤波电容组件140并联、输出滤波电容组件150，经输出正极接线端子J1输出。其中，高频滤波电容组件140用于滤除电流中的高频部分，具体器件选择可根据实际需要选择。电路中各器件之间采用汇流条连接，汇流条的具体类型并不唯一，在一个实施例中，汇流条为铜汇流条。
输入滤波电容组件110、开关功率管组件120、整流管组件130、高频滤波电容组件140和输出滤波电容组件150中具体的元件组成方式并不是唯一的，可以是一个元件组成，也可以是两个或两个以上的元件组成。在一个实施例中，如图2所示，输入滤波电容组件110包括十个输入滤波电容器，分别为电容C9至电容C18，均一端连接输入正极汇流条H4，另一端连接负极汇流条H3。开关功率管组件120可包括四个功率MOS管，分别为MOS管Q1至MOS管Q4。各功率MOS管的漏极连接开关管汇流条H2，源极连接负极汇流条H3，栅极用于接收控制信号，根据控制信号的占空比进行通断控制。整流管组件130可包括四个整流管，分别为整流管D1至整流管D4。整流管同样以采用MOS管为例，各整流管的源极均连接开关管汇流条H2，漏极均连接输出正极汇流条H1。高频滤波电容组件140可包括12个高频滤波电容器，分别为电容C19至电容C30。各高频滤波电容器均一端连接输出正极汇流条H1，另一端连接负极汇流条H3。输出滤波电容组件150可包括8个用于滤波储能的输出滤波电容器，分别为电容C1至电容C8。各输出滤波电容器均一端连接输出正极汇流条H1，另一端连接负极汇流条H3。
传统的非隔离BOOST电路中的功率MOSFET开关管在开关时，分布电感和电容产生谐振高压、衰减振荡，造成开关损耗增大，甚至损坏功率开关管，从而引起降低转换效率并引起电磁骚扰。
上述非隔离BOOST电路，电路中各器件之间采用汇流条连接，解决了BOOST电路中为了增大电路载流能力而增加电路敷铜面积和器件之间的距离而导致分布电感增大的问题，减小了电路引线电感。采用汇流条载流减小了电路板尺寸，具有制作成本低、电路简单，可靠性高的特点。
在一个实施例中，如图3所示，非隔离BOOST电路还包括电路板，输入正极连接端子J3、负极连接端子J2、熔断器F1、电流传感器IS1、输入滤波电容组件110、储能电感L1、开关功率管组件120、整流管组件130、高频滤波电容组件140、输出滤波电容组件150、输出正极接线端子J1、输入正极汇流条H4、输出正极汇流条H1、开关管汇流条H2和负极汇流条H3均设置于电路板。
电路板的类型并不唯一，可以是PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)板。电路板的制作方式也不唯一，在一个实施例中，电路板采用双面敷铜板。具体地，电路板包括顶层和底层，输入正极连接端子J3、负极连接端子J2、熔断器F1、电流传感器IS1、输入滤波电容组件110、储能电感L1、开关功率管组件120、整流管组件130、高频滤波电容组件140、输出滤波电容组件150和输出正极接线端子J1设置在电路板的顶层，输入正极汇流条H4、输出正极汇流条H1、开关管汇流条H2和负极汇流条H3设置在电路板的底层。电路板上开设有贯穿顶层和底层的通过，用于设置顶层各器件的引脚并与底层的汇流条焊接，从而使得各器件通过汇流条电连接。其中，输入滤波电容组件110、高频滤波电容组件140和输出滤波电容组件150中的滤波电容的正负极布在电路板的顶层和底层。利用焊接在电路板底层的汇流条减小电路板的载流能力，同时减小电路的分布电感。
具体地，可从电路板顶层的一侧向相对的另一侧，将电路板的顶层一次分为第一区域、第二区域和第三区域，第一区域用于设置输入正极连接端子J3、负极连接端子J2和输出正极接线端子J1。第二区域用于设置储能电感L1、熔断器F1、电流传感器IS1以及输入滤波电容组件110和输出滤波电容组件150中滤波电容。第三区域用于设置整流管组件130中的整流管、开关功率管组件120中的功率MOS管以及高频滤波电容组件140的滤波电容。进一步地，在一个实施例中，高频滤波电容组件140安装于开关功率管组件120和整流管组件130之间。在功率MOS管和整流管的中间安装高频滤波电容器，减小了高频滤波电容器的串联电感，可以更好的滤除高频，减小输出电压的纹波，提高了非隔离BOOST电路的运行可靠性。
在一个实施例中，继续参照图3，非隔离BOOST电路还包括设置于电路板的控制电路单元MB1，控制电路单元MB1连接开关功率管组件120和输出正极接线端子J1。具体地，控制电路单元MB1输出控制信号至开关功率管组件120，控制开关功率管组件120中功率MOS管的通断，以及采集输出正极接线端子J1的输出电压，根据采集的输出电压反馈调节控制信号的占空比，实现输出电压和电流的稳定控制。
进一步地，在一个实施例中，开关功率管组件120包括两个或两个以上的功率MOS管，各功率MOS管的栅极连接控制电路单元MB1，各功率MOS管的漏极通过开关管汇流条H2连接储能电感L1和整流管组件130，各功率MOS管的源极通过负极汇流条H3连接负极连接端子J2。控制电路单元MB1通过调节输出的控制信号的占空比控制功率MOS管的通断，从而对输出电压和电流进行控制。
在一个实施例中，如图4所示，非隔离BOOST电路还包括散热器，散热器安装于电路板且覆盖开关功率管组件120、整流管组件130和高频滤波电容组件140。具体地，散热器覆盖图3中的第三区域HS1，利用散热器散热，避免开关功率管组件120、整流管组件130和高频滤波电容组件140中的元件因温度过高而损坏，进一步提高了非隔离BOOST电路的运行可靠性。
在一个实施例中，如图5所示，功率MOS管的引脚弯90度安装于电路板。具体地，为了减小功率MOS管和整流管之间的距离，同时扩大散热面，将功率MOS管的引脚弯90度安装，将功率MOS管和整流管的管脚接近，在电路板底层焊接汇流条载流，缩小电路板的铜箔尺寸和距离。进一步地，还可在功率MOS管与散热器之间设置散热片，功率MOS管上的散热片向电路板的顶层两边分开，扩大了功率MOS管与散热器的接触面，增强散热。此外，也可以是将整流管的引脚弯90度安装在电路板上。
在一个较详细的实施例中，结合图3至图6所示，在电路板的顶层上将整流管组件130中的整流管、开关功率管组件120中的功率MOS管以及高频滤波电容组件140的滤波电容集中设置，并在功率MOS管和整流管的中间安装高频滤波电容器，功率MOS管和整流管的引脚弯90度安装。散热器覆盖整流管组件130中的整流管、开关功率管组件120中的功率MOS管以及高频滤波电容组件140的滤波电容。功率MOS管上的散热片向电路板的顶层两边分开，扩大功率MOS管与散热器的接触面。在电路板底层焊接汇流条载流，缩小电路板的铜箔尺寸和距离。
通过优化非隔离BOOST电路的电路布局与功率MOS管的安装方式，解决大电流BOOST电路中为了增大电路载流能力而增加电路敷铜面积和器件之间的距离导致分布电感增大的问题。通过功率MOS管的引脚弯90度安装和辅助电路汇流条来减小电路的分布电感。
以上对本发明实施例所提供的一种离并网光伏逆变系统进行了详细介绍，本文中采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种非隔离BOOST电路，其特征在于，包括：输入正极连接端子、负极连接端子、电流传感器、输入滤波电容组件、储能电感、开关功率管组件、整流管组件、高频滤波电容组件、输出滤波电容组件、输出正极接线端子和汇流条，所述汇流条包括输入正极汇流条、输出正极汇流条、开关管汇流条和负极汇流条；
所述电流传感器的一端连接所述输入正极连接端子，所述电流传感器的另一端通过所述输入正极汇流条连接所述储能电感的一端和所述输入滤波电容组件的一端，所述输入滤波电容组件的另一端通过所述负极汇流条连接所述负极连接端子，所述储能电感的另一端通过所述开关管汇流条连接所述整流管组件和所述开关功率管组件；
所述整流管组件通过所述输出正极汇流条连接所述输出正极接线端子、所述高频滤波电容组件的一端以及所述输出滤波电容组件的一端，所述开关功率管组件、所述高频滤波电容组件的另一端以及所述输出滤波电容组件的另一端均通过所述负极汇流条连接所述负极连接端子。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括熔断器，所述电流传感器通过所述熔断器连接所述输入正极连接端子。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，还包括电路板，所述输入正极连接端子、所述负极连接端子、所述熔断器、所述电流传感器、所述输入滤波电容组件、所述储能电感、所述开关功率管组件、所述整流管组件、所述高频滤波电容组件、所述输出滤波电容组件、所述输出正极接线端子、所述输入正极汇流条、所述输出正极汇流条、所述开关管汇流条和所述负极汇流条均设置于所述电路板。
4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述电路板为双面敷铜板。
5.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，还包括设置于所述电路板的控制电路单元，所述控制电路单元连接所述开关功率管组件和所述输出正极接线端子。
6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述开关功率管组件包括两个或两个以上的功率MOS管，各所述功率MOS管的栅极连接所述控制电路单元，各所述功率MOS管的漏极通过所述开关管汇流条连接所述储能电感和所述整流管组件，各所述功率MOS管的源极通过所述负极汇流条连接所述负极连接端子。
7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，所述功率MOS管的引脚弯90度安装于所述电路板。
8.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述高频滤波电容组件安装于所述开关功率管组件和所述整流管组件之间。
9.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，还包括散热器，所述散热器安装于所述电路板且覆盖所述开关功率管组件、所述整流管组件和所述高频滤波电容组件。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的电路，其特征在于，所述汇流条为铜汇流条。
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