CN111987903A - 一种dc/dc变换器电路 - Google Patents

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周玮
游江
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Abstract

本发明公开了一种DC/DC变换器电路，包括第一二极管(D11)、第二二极管(D12)、第三二极管(D13)、第四二极管(D21)、第五二极管(D22)和第六二级管(D23)，第一电感(L11)、第二电感(L12)第三电感(L21)和第四电感(L22)，第一电容(C11)、第二电容(C12)、第三电容(C21)和第四电容(C22)，第一开关管(S1)和第二开关管(S2)，输入电源uin，本发明具有高升压比，可以在电感电流连续条件下，将传统boost变换器中输出电压(uo)对输入电压(uin)的升压比值由
Figure DDA0002614520190000011
提升为
Figure DDA0002614520190000012
可以实现将低压电源接入高压系统或者是将低压电源变换为满足负载所需的高压电能。

Description

一种DC/DC变换器电路
技术领域
本发明涉及一种DC/DC变换器电路，特别是一种具有高升压比的DC/DC变换器电路，属于电力电子技术领域。
背景技术
在可再生能源发电、储能应用以及燃料电池发电等领域，通常存在将低压直流电源接入高压直流电网供负载使用的情况。虽然，在理论上若忽略线路阻抗的压降损耗，传统的boost直流变换器具有无限的升压能力，但随着负载的增加线路损耗也随之增加，传统的boost直流变换器的升压能力将达到极限。因此对于较大容量的系统，特别是对于电源侧具有低压大电流特性的系统，很多时候实际上需要通过一个具有高升压比的DC/DC变换器才能将该低压电源接入高压系统或者是将低压电源变换为满足负载所需的高压电能。
发明内容
针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种高升压比的DC/DC变换器电路，实现将低压电源接入高压系统或者是将低压电源变换为满足负载所需的高压电能。
为解决上述技术问题，本发明的一种DC/DC变换器电路，其特征在于：电源正极连接第一电感L11的一端，第一电感L11的另一端连接第一二极管D11和第二二极管D12的阳极，第一二极管D11的阴极连接第二电感L12的一端和第一电容C11的一端，第二电感L12的另一端连接第一开关管S1的集电极和第三二极管D13的阳极，第三二极管D13的阴极连接第二电容C12的一端，第二电容C12的另一端连接电源负极，第一开关管S1的发射极连接电源负极，第一电容C11的另一端连接电源负极，第二二极管D12的阴极连接第一开关管S1的集电极；
电源正极连接第三电容C21的一端、第二开关管S2的集电极和第四电容C22的一端，第三电容C21的另一端连接第四二极管D21的阳极，第四二极管D21的阴极连接第三电感L21的一端，第三电感L21的另一端连接电源负极，第二开关管S2的发射极连接第四电感L22的一端和第五二极管D22的阳极，第四电感L22的另一端连接第四二极管D21的阳极，第五二极管D22的阴极连接第四二极管D21的阴极，第四电容C22的另一端连接第六二极管D23的阳极，第六二极管D23的阴极连接第二开关管S2的发射极。
作为本发明的一种优选方案，第一开关管S1和第二开关管S2具有相同的占空比。
作为本发明的另一种优选方案，第二电容C12和第四电容C22之间的输出电压uo对输入电压uin的升压比满足：
Figure BDA0002614520170000021
其中D为第一开关管S1和第二开关管S2的占空比。
作为本发明的再一种优选方案，第一开关管S1和第二开关管S2均为IGBT管反向并联二极管，且均配备有开关管驱动模块。
作为本发明的进一步优选方案，第一电容C11、第二电容C12、第三电容C21和第四电容C22为有极性电容，第一电容C11的正极连接第一二极管D11的阴极，第一电容C11的负极连接电源的负极；第二电容C12的正极连接第三二极管D13的阴极，第二电容C12的负极连接电源的负极；第三电容C21的正极连接电源的正极，第三电容C21的负极连接第四二极管D21的阳极；第四电容C22的正极连接电源的正极，第四电容C22的负极连接第六二极管D23的阳极。
本发明的有益效果：提供一种高升压比的DC/DC变换器电路拓扑，可以在电感电流连续条件下，将传统boost变换器中输出电压uo对输入电压uin的升压比值由
Figure BDA0002614520170000022
为稳态占空比提升为
Figure BDA0002614520170000023
当占空比D>0.5以后本发明所设计的DC/DC变换器可获得7倍以上的升压能力，而传统boost变换器在占空比D>0.5时只能获得2倍以上的升压能力，传统boost变换器要实现这一目标需要占空比D>0.857。当D取为0.9时，传统的boost变换器具有10倍的升压能力，而本发明的DC/DC变换器具有199倍的升压能力。
附图说明
图1为本发明具有高升压比的DC/DC变换器电路拓扑图；
图2为本发明DC/DC变换器电路与传统boost变换器升压能力的对比曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施方式做进一步说明。
本发明提供的是一种高升压比的DC/DC变换器电路拓扑。可以应用在可再生能源发电、储能应用以及燃料电池发电等领域，通常存在将低压直流电源接入高压直流电网供负载使用的情况。虽然，在理论上若忽略线路阻抗，传统的boost直流变换器具有无限的升压能力，但随着负载的增加线路损耗随之增加，传统的boost直流变换器的升压能力有限。因此对于较大容量的系统，很多时候实际上需要采用一个具有高升压比的DC/DC变换器。本发明提出了一种高升压比的DC/DC变换器电路拓扑。
本发明的目的在于提供一种高升压比的DC/DC变换器电路拓扑，包括：所述电路中输入电源uin、电感元件L11、L12、L21和L22，电容元件C11、C12、C21和C22，二极管元件D11、D12、D13、D21、D22和D23、，开关器件S1和S2以及负载R之间的相互连接关系。对照附图1，本发明的DC/DC变换器是这样实现的(以下叙述中按开关管为IGBT，采用其它任何全控型电力电子开关器件都成立)，电感元件L11、L12、L21和L22为相同的电感，电容元件C11、C12、C21和C22为相同的电容，二极管元件D11、D12、D13、D21、D22和D23为相同的二极管，开关器件S1和S2为相同的开关器件：
(1)如图所示将电感L11、二极管D11、电感L12、和二极管D13串联，其中电感L11的一端与二极管D11的阳极连接(p2点)，二极管D11的阴极与电感L12的一端(p3点)连接，电感L12的另一端与二极管D13的阳极(p4点)连接；
(2)将二极管D12的阳极与电感L11和二极管D11的公共点连接(p2点)，将二极管D12的阴极与电感L12和二极管D13的公共点连接(p4点)；
(3)将电容C11的一端与二极管D11和电感L12的公共点(p3点)连接，若电容C11是有极性电容，则电容C11的正极应与二极管D11和电感L12的公共点连接在一起；
(4)将开关管S1的集电极与电感L12和二极管D13的公共点(p4点)连接，将电容C12的一端与二极管D13的阴极(p5点)连接，若电容C12是有极性电容，则电容C12的正极应与二极管D13的阴极连接在一起；
(5)将电容C11和C12另一端与开关管S1的发射极连接在一起(如图中的p6点)，若电容C11和C12是有极性电容，则应分别将电容C11和C12的负极与开关管S1的发射极连接在一起；
(6)将电感L11的另一端与电源uin的正极(p1点)连接，将开关管S1、电容C11和C12的公共点(p6点)与电源uin的负极(p7点)连接；
(7)将电感L21、二极管D21、电感L22、和二极管D23串联，其中电感L21的一端与二极管D21的阴极(p9点)连接，二极管D21的阳极与电感L22的一端(p10点)连接，电感L22的另一端与二极管D23的阴极(p11点)连接；
(8)将二极管D22的阴极与电感L21和二极管D21的公共点(p9点)连接，将二极管D22的阳极与电感L22和二极管D23的公共点(p11点)连接在一起；
(9)将电容C21的一端与二极管D21和电感L22的公共点(p10点)连接在一起，若电容C21是有极性电容，则电容C21的负极应与二极管D21和电感L22的公共点连接在一起；
(10)将开关管S2的发射极与电感L22和二极管D23的公共点(p11点)连接，将电容C22的一端与二极管D23的阳极(p12点)连接在一起，若电容C22是有极性电容，则电容C22的负极应与二极管D23的阳极连接在一起；
(11)将电容C21和C22另一端与开关管S2的集电极(p8点)连接，若电容C21和C22是有极性电容，则应分别将电容C21和C22的正极与开关管S2的集电极连接在一起；
(12)将电感L21的另一端与电源uin的负极(p7点)连接，将开关管S2、电容C21和C22的公共点(p8点)与电源uin的正极(p1点)连接；
(13)将负载(如图中的电阻R)一端连接至二极管D13和电容C12的公共点(p5点)，将负载的另一端连接至二极管D23和电容C22的公共点(p12点)；
(14)上述电路中的开关管S1和S2具有相同的占空比；
(15)在各电感电流连续的条件下，该DC/DC变换器输出电压(uo)对输入电压(uin)的升压比可达到
Figure BDA0002614520170000041
(16)为了减小电源电流(iin)的脉动量，S1与S2的驱动脉冲互差180°相位角。

Claims (5)

1.一种DC/DC变换器电路，其特征在于：电源正极连接第一电感(L11)的一端，第一电感(L11)的另一端连接第一二极管(D11)和第二二极管(D12)的阳极，第一二极管(D11)的阴极连接第二电感(L12)的一端和第一电容(C11)的一端，第二电感(L12)的另一端连接第一开关管(S1)的集电极和第三二极管(D13)的阳极，第三二极管(D13)的阴极连接第二电容(C12)的一端，第二电容(C12)的另一端连接电源负极，第一开关管(S1)的发射极连接电源负极，第一电容(C11)的另一端连接电源负极，第二二极管(D12)的阴极连接第一开关管(S1)的集电极；
电源正极连接第三电容(C21)的一端、第二开关管(S2)的集电极和第四电容(C22)的一端，第三电容(C21)的另一端连接第四二极管(D21)的阳极，第四二极管(D21)的阴极连接第三电感(L21)的一端，第三电感(L21)的另一端连接电源负极，第二开关管(S2)的发射极连接第四电感(L22)的一端和第五二极管(D22)的阳极，第四电感(L22)的另一端连接第四二极管(D21)的阳极，第五二极管(D22)的阴极连接第四二极管(D21)的阴极，第四电容(C22)的另一端连接第六二极管(D23)的阳极，第六二极管(D23)的阴极连接第二开关管(S2)的发射极。
2.根据权利要求1所述的一种DC/DC变换器电路，其特征在于：第一开关管(S1)和第二开关管(S2)具有相同的占空比。
3.根据权利要求1和2所述的一种DC/DC变换器电路，其特征在于：第二电容(C12)和第四电容(C22)之间的输出电压uo对输入电压uin的升压比满足：
Figure FDA0002614520160000011
其中D为第一开关管(S1)和第二开关管(S2)的占空比。
4.根据权利要求1或2所述的一种DC/DC变换器电路，其特征在于：第一开关管(S1)和第二开关管(S2)均为全控型开关器件，且均配备有开关管驱动模块。
5.根据权利要求1或2所述的一种DC/DC变换器电路，其特征在于：第一电容(C11)、第二电容(C12)、第三电容(C21)和第四电容(C22)为有极性电容，第一电容(C11)的正极连接第一二极管(D11)的阴极，第一电容(C11)的负极连接电源的负极；第二电容(C12)的正极连接第三二极管(D13)的阴极，第二电容(C12)的负极连接电源的负极；第三电容(C21)的正极连接电源的正极，第三电容(C21)的负极连接第四二极管(D21)的阳极；第四电容(C22)的正极连接电源的正极，第四电容(C22)的负极连接第六二极管(D23)的阳极。
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