CN115664201B - 一种高增益低损耗的Boost变换器及其电源系统 - Google Patents

一种高增益低损耗的Boost变换器及其电源系统 Download PDF

Info

Publication number
CN115664201B
CN115664201B CN202211326506.2A CN202211326506A CN115664201B CN 115664201 B CN115664201 B CN 115664201B CN 202211326506 A CN202211326506 A CN 202211326506A CN 115664201 B CN115664201 B CN 115664201B
Authority
CN
China
Prior art keywords
tube
voltage
pmos tube
diode
electrode
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.)
Active
Application number
CN202211326506.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115664201A (zh
Inventor
尹广东
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.)
Hangzhou Power Equipment Manufacturing Co ltd Lin'an Hengxin Complete Electrical Manufacturing Branch
State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd Hangzhou Lin'an District Power Supply Co
Original Assignee
Hangzhou Power Equipment Manufacturing Co ltd Lin'an Hengxin Complete Electrical Manufacturing Branch
State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd Hangzhou Lin'an District Power Supply Co
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 Hangzhou Power Equipment Manufacturing Co ltd Lin'an Hengxin Complete Electrical Manufacturing Branch, State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd Hangzhou Lin'an District Power Supply Co filed Critical Hangzhou Power Equipment Manufacturing Co ltd Lin'an Hengxin Complete Electrical Manufacturing Branch
Priority to CN202211326506.2A priority Critical patent/CN115664201B/zh
Publication of CN115664201A publication Critical patent/CN115664201A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115664201B publication Critical patent/CN115664201B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本发明公开了一种高增益低损耗的Boost变换器及其电源系统。所述高增益低损耗的Boost变换器包括：直流电源Vi的正极连接第一二极管D1的阳极，第一二极管D1的阴极连接第一电感L1的第一端，第一电感L1的第二端分别连接开关管S的漏极、第一电容C1的第一端、第二电感L2的第一端；第二电感L2的第二端连接第二二极管D2的阳极，第二二极管D2的阴极分别连接输出电容Co的第一端、负载R的第一端；负载R的第二端、输出电容Co的第二端、第一电容C1的第二端、开关管S的源极、直流电源Vi的负极共同连接。

Description

一种高增益低损耗的Boost变换器及其电源系统
技术领域
本发明涉及电源领域，特别涉及一种高增益低损耗的Boost变换器及其电源系统。
背景技术
燃料电池、光伏电池或蓄电池等可再生能源发电单元的端电压较低且变化范围较宽。因此，分布式可再生能源并网发电系统普遍采用直流升压变换器级联电压型逆变器的两级式结构。目前，非隔离并网逆变器的漏电流抑制策略日益成熟，电气安全问题已经得到完美解决。而且，相较于隔离型变换器，非隔离型变换器具有体积小、成本低、损耗小的优点。因此，采用非隔离型升压变换器作为可再生能源接口更具有优势。
Boost变换器是应用最为广泛的非隔离型升压变换器。其输入电流连续，结构简单，但实际电压增益受电路寄生参数的影响存在极大值(一般低于5)，且该增益对应的占空比接近1，功率管的电流应力和电压应力较大，系统效率严重下降。为此，开关电感、准Z源、二次型、开关电容等各种非隔离型双电感Boost变换器继被报道。上述方案可以提高Boost变换器的实际电压增益和变换效率，但是存在以下问题：开关管的开关损耗较大导致开关频率难以提升，同时电路结构和控制系统复杂。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明，用于提供一种高增益低损耗的Boost变换器及其电源系统，能够有效提高输出电压增益，降低开关损耗，简化电路结构和控制系统。
在本发明的一个实施例中，提供了一种高增益低损耗的Boost变换器，包括：直流电源Vi、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电感L1、第二电感L2、开关管S、第一电容C1、输出电容Co、负载R；
直流电源Vi的正极连接第一二极管D1的阳极，第一二极管D1的阴极连接第一电感L1的第一端，第一电感L1的第二端分别连接开关管S的漏极、第一电容C1的第一端、第二电感L2的第一端；第二电感L2的第二端连接第二二极管D2的阳极，第二二极管D2的阴极分别连接输出电容Co的第一端、负载R的第一端；负载R的第二端、输出电容Co的第二端、第一电容C1的第二端、开关管S的源极、直流电源Vi的负极共同连接。
进一步的，所述Boost变换器还包括控制电路，用于实现开关管S的控制。
进一步的，所述控制电路包括积分器、电压比较器、电压过零比较器和RS触发器；所述积分器的反相输入端连接第一电感电流参考值iref，同相输入端连接第一电感电流iL1，所述积分器的输出端连接所述电压比较器的反相输入端，所述电压比较器的同相输入端连接斜坡电压Vramp，所述电压比较器的输出端连接所述RS触发器的复位端；所述电压过零比较器的反相输入端接地，同相输入端连接第一电容电压VC1，所述电压过零比较器的输出端连接所述RS触发器的置位端，所述RS触发器的输出端产生PWM控制信号，输入到开关管S的栅极。
进一步的，在一个开关周期内，所述Boost变换器包括5个工作模态。
进一步的，工作模态1包括t0-t1阶段，具体为：在t0时刻，第一电容C1两端电压为零，开关管S的反并联二极管Ds导通，第二电感L2对输出电容Co放电，第二电感L2、第二二极管D2、输出电容Co、反并联二极管Ds形成电流回路；同时开关管S零电压导通，第一电感L1承受正向电压，第一电感电流iL1线性上升，直流电源Vi、第一二极管D1、第一电感L1、开关管S形成电流回路。
进一步的，工作模态2包括t1-t2阶段，具体为：在t1时刻，第二电感电流iL2下降为零，第二二极管D2零电流关断；同时，开关管S继续导通，对第一电感L1充电，直流电源Vi、第一二极管D1、第一电感L1、开关管S形成电流回路。
进一步的，工作模态3包括t2-t3阶段，具体为：在t2时刻，第一电感电流iL1上升到最大，开关管S零电压关断，第一电感L1对电容C1进行放电，第一电感电流iL1开始下降，电容电压VC1开始升高，直流电源Vi、第一二极管D1、第一电感L1、电容C1形成电流回路。
进一步的，工作模态4包括t3-t4阶段，具体为：在t3时刻，电容电压VC1上升到输出电压，第二二极管D2开始导通，电容C1同时对第二电感L2、输出电容Co放电，电容C1、第二电感L2、输出电容Co、第二二极管D2之间形成电流回路。
进一步的，工作模态5包括t4-t5阶段，具体为：在t4时刻，第一电感电流iL1下降到零，电容电压VC1达到最大，第一二极管D1零电流关断，仅电容C1、第二电感L2、输出电容Co、第二二极管D2之间形成电流回路。
进一步的，开关管S为自带反向并联二极管的金氧半场效晶体管。
进一步的，基于占空比D、开关周期T，调整Boost变换器的增益。
本发明的有益技术效果是：
本发明提供了一种高增益低损耗的Boost变换器及其电源系统，能够有效提高输出电压增益，降低开关损耗，简化电路结构和控制系统。
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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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他的附图。
图1为高增益低损耗的Boost变换器的电路结构示意图；
图2(a)-图2(e)为Boost变换器在一个开关周期内的5种工作模态等效图；
图3为高精度比较器的电路结构示意图。
图4为积分器的电路结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本发明提供了一种高增益低损耗的Boost变换器及其电源系统，能够有效提高输出电压增益，降低开关损耗，简化电路结构和控制系统。
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1为本申请实施例提供的一种高增益低损耗的Boost变换器的电路结构示意图。如图1所示，所述Boost变换器包括直流电源Vi、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电感L1、第二电感L2、开关管S、第一电容C1、输出电容Co、负载R。
直流电源Vi的正极连接第一二极管D1的阳极，第一二极管D1的阴极连接第一电感L1的第一端，第一电感L1的第二端分别连接开关管S的漏极、第一电容C1的第一端、第二电感L2的第一端；第二电感L2的第二端连接第二二极管D2的阳极，第二二极管D2的阴极分别连接输出电容Co的第一端、负载R的第一端；负载R的第二端、输出电容Co的第二端、第一电容C1的第二端、开关管S的源极、直流电源Vi的负极共同连接。
开关管S的栅极接收PWM控制信号，实现开关管S的通断控制。
在此实施例中，开关管S为自带反向并联二极管的金氧半场效晶体管(MOSFET)。
下面对图1所示Boost变换器的工作过程进行说明。
所述Boost变换器工作进入稳态后，一个开关周期内可分为5种模态；除考虑开关管的反并联二极管Ds外，忽略开关管的其他寄生参数；储能元件以及二极管均为理想器件；直流电源Vi负端为零电位参考点，直流负载R为纯阻性。各模态的等效电路分别如图2(a)～图2(e)所示。
分述如下：
工作模态1[t0-t1](等效电路如图2(a)所示)：
在t0时刻，第一电容C1两端电压为零，开关管S的反并联二极管Ds导通，第二电感L2对输出电容Co放电，第二电感L2、第二二极管D2、输出电容Co、反并联二极管Ds形成电流回路；同时由于反并联二极管Ds导通，开关管S零电压导通，第一电感L1承受正向电压，第一电感电流iL1线性上升，直流电源Vi、第一二极管D1、第一电感L1、开关管S形成电流回路。
此时，有：
式中，Vout为输出电压。
工作模态2[t1-t2](等效电路如图2(b)所示)：
在t1时刻，第二电感电流iL2下降为零，因此第二二极管D2零电流关断，工作模态2开始。同时，开关管S继续导通，对第一电感L1充电，直流电源Vi、第一二极管D1、第一电感L1、开关管S形成电流回路。
工作模态3[t2-t3](等效电路如图2(c)所示)：
在t2时刻，开关管S零电压关断，此时第一电感电流iL1上升到最大，第一电感L1对第一电容C1进行放电，第一电感电流iL1开始下降，第一电容电压VC1开始升高，直流电源Vi、第一二极管D1、第一电感L1、第一电容C1形成电流回路。因此，可以得到：
Vc1(t)＝ViDTω1sin[ω1(t-t2)]-Vicos[ω1(t-t2)]+Vi
其中，D为占空比，T为开关周期，ω1为第一电感L1和第一电容C1之间的共振频率。
工作模态4[t3-t4](等效电路如图2(d)所示)：
在t3时刻，电容电压VC1上升到输出电压，第二二极管D2开始导通，第一电容C1同时对第二电感L2、输出电容Co放电，第一电容C1、第二电感L2、输出电容Co、第二二极管D2之间形成电流回路。在本申请实施例中，设置第二电感L2远大于第一电感L1，因此第一电容C1对第二电感L2、输出电容Co的放电，对电容电压VC1影响忽略不计。
工作模态5[t4-t5](等效电路如图2(e)所示)：
在t4时刻，第一电感电流iL1下降到零，第一电容电压VC1达到最大，因此第一二极管D1零电流关断。在此模态中，仅第一电容C1、第二电感L2、输出电容Co、第二二极管D2之间形成电流回路。第一电容电压VC1电压下降，对第二电感L2和输出电容Co放电。当该模态结束时，第一电容电压VC1电压下降到零，进入下一个开关周期。在此模态中，有：
其中，ω2为第二电感L2和第一电容C1之间的共振频率。
对上述5个工作模态进行分析，在工作模态5初始时刻，第一电容电压VC1达到最大，而后进行放电，为了使工作模态5结束时刻，第一电容电压VC1电压下降到零，必须保证t4时刻时，第一电容电压VC1不小于2Vout，进而可以得到：
Vc1(t4)＝ViDTω1sin[ω1(t4-t2)]-Vicos[ω1(t4-t2)]+Vi≥2Vout
又由于进而/>因此第一电容电压VC1可以化简为：
Vi(DTω1+1)≥2Vout
即，该Boost变换器的电压增益G为：
因此，在本实施例中，通过调整占空比D、开关周期T的参数，就可以获得高增益。同时本实施例还采用软开关技术，降低开关损耗，简化电路结构和控制系统。
进一步的，在本申请的另一个实施例中，该Boost变换器还包括控制电路，用于实现开关管S的控制。该实施例可以通过调整开关周期T，获得高增益；同时还实现了开关管S的软开关，降低开关损耗。
该控制电路包括积分器、电压比较器、电压过零比较器和RS触发器。积分器的反相输入端连接第一电感电流参考值iref，同相输入端连接第一电感电流iL1，积分器的输出端连接电压比较器的反相输入端，电压比较器的同相输入端连接斜坡电压Vramp，电压比较器的输出端连接RS触发器的复位端；电压过零比较器的反相输入端接地，同相输入端连接第一电容电压VC1，电压过零比较器的输出端连接RS触发器的置位端，RS触发器的输出端产生PWM控制信号，输入到开关管S的栅极。
电压过零比较器将第一电容电压VC1与零电压进行比较，产生电压过零信号，输入到RS触发器控制开关管S零电压导通；积分器根据第一电感电流参考值iref和第一电感电流iL1的差值，产生积分信号，与斜坡电压Vramp进行比较，通过RS触发器的复位端控制开关管S关断，实现Boost变换器的电感电流控制。
进一步的，积分器包括电流误差放大器和电容C2。
进一步的，在本申请的另一个实施例中，电压比较器、电压过零比较器都采用高精度比较器。
图3为本申请实施例提供的一种高精度比较器的电路结构示意图。
如图3所示，该高精度比较器包括：第一NMOS管MN1、第二NMOS关MN2的栅极分别接收两个输入信号V1、V2；第一NMOS管MN1的漏极连接第一PMOS管MP1的漏极，第二NMOS关MN2的漏极连接第二PMOS管MP2的漏极，第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2的源极连接电源电压VDD，第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2的栅极相连接，接收反相使能信号CLKN；第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2的源极与第三NMOS管MN3的漏极连接，第三NMOS管MN3的源极接地，第三NMOS管MN3的栅极接收反相使能信号CLKN。
第三PMOS管MP3的源极、第四PMOS管MP4的源极连接电源电压VDD，第三PMOS管MP3的漏极连接第五PMOS管MP5的源极，第三PMOS管MP3的栅极连接反相器U1的输入端、第五NMOS管MN5的栅极、第六PMOS管MP6的漏极、第六NMOS管MN6的漏极、第七NMOS管MN7的漏极；第五PMOS管MP5的栅极连接第一NMOS管MN1的漏极，第五PMOS管MP5的漏极连接第五NMOS管MN5的漏极、第四PMOS管MP4的栅极、第六NMOS管MN6的栅极；第五NMOS管MN5的源极、第六NMOS管MN6的源极、第七NMOS管MN7的源极接地；第四PMOS管MP4的漏极连接第六PMOS管MP6的源极，第七NMOS管MN7的栅极接收使能信号CLK；反相器U1的输出端输出比较结果Pout。
在本申请该实施例中，该高精度比较器对两个输入信号V1、V2进行比较，输出比较结果Pout，实现比较功能。
该高精度比较器在开始工作后可以分为两个模态：
初始模态：使能信号CLK为高电平，反相使能信号CLKN为低电平，第三NMOS管MN3关断，第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2导通，第一NMOS管MN1的漏极电压、第二NMOS管MN2的漏极电压为电源电压VDD，控制第五PMOS管MP5、第六PMOS管MP6关断，第七NMOS管MN7导通，反相器U1的输入端接地，经反相后输出高电平。
工作模态：使能信号CLK为低电平，反相使能信号CLKN为高电平，第三NMOS管MN3导通，第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2关断，第七NMOS管MN7关断，第一NMOS管的漏极电压、第二NMOS管的漏极电压进行放电。当V1大于V2时，第一NMOS管MN1的漏极电压会先下降到VDD-Vth，使第五PMOS管MP5导通，对第五PMOS管MP5的漏极进行充电，当第五PMOS管MP5的漏极电压达到VDD-Vth时，第四PMOS管MP4被关断，此时第六NMOS管MN6被导通，最终经反相后，在反相器U1的输出端产生高电平；同理，当V1小于V2时，在反相器U1的输入端产生高电平，经反相后，在反相器U1的输出端产生低电平。
该高精度比较器设置第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2对两个输入信号V1、V2进行转换，通过第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2的大幅值的放电电流，指示两个输入信号V1、V2的差异，提高了比较器的输出精度，改善了比较器的误判率。同时，该高精度比较器结构简单，仅采用六个MOS管就能够实现比较功能，尺寸小，成本低，稳定性高。
在本申请的另一实施例中，提供了一种积分器的电路结构示意图。
如图4所示，该积分器包括：电流产生模块、误差转换模块和积分模块。其中电流产生模块作为电流源，通过电流镜技术为误差转换模块提供工作电流。误差转换模块的两个输入端分别接收输入信号V3、V4，对输入信号V3、V4的差值进行转换，在其输出端产生误差电压Ei。积分模块的输入端接收误差电压Ei，对其进行放大积分，在其输出端产生积分信号Eo。
电流产生模块包括：第三电阻R3、第四电阻R4、第七PMOS管MP7、第九PMOS管MP9、第八NMOS管MN8、第九NMOS管MN9。
其中，第三电阻R3的第一端连接第七PMOS管MP7的源极和电源电压VDD；第三电阻R3的第二端连接第八NMOS管MN8的栅极、第九NMOS管MN9的漏极；第九NMOS管MN9的源极接地，并连接第四电阻R4的第二端；第九NMOS管MN9的栅极连接第四电阻R4的第一端、第八NMOS管MN8的源极；第八NMOS管MN8的漏极连接第七PMOS管MP7的漏极和栅极、第九PMOS管MP9的栅极；第九PMOS管MP9的源极连接电源电压，第九PMOS管MP9的漏极产生工作电流，输入到误差转换模块。
误差转换模块包括：第八PMOS管MP8、第十PMOS管MP10、第十一PMOS管MP11、第十二PMOS管MP12、第十NMOS管MN10、第十一NMOS管MN11、第十二NMOS管MN12、第十三NMOS管MN13、第一电阻R1、第二电阻R2。
其中，第八PMOS管MP8的源极连接电源电压VDD，第八PMOS管MP8的栅极、漏极相连接，并连接第十二PMOS管MP12的栅极、第十NMOS管MN10的漏极；第十NMOS管MN10的源极接地；第十NMOS管MN10的栅极连接第十一NMOS管MN11的漏极、第十PMOS管MP10的漏极、第一电阻R1的第一端；第十PMOS管MP10的源极连接第十一PMOS管MP11的源极，用于接收工作电流；第十一PMOS管MP11的漏极连接第二电阻R2的第二端、第十二NMOS管MN12的漏极、第十三NMOS管MN13的栅极；第一电阻R1的第二端连接第二电阻R2的第一端、第十一NMOS管MN11的栅极、第十二NMOS管MN12的栅极；第十一NMOS管MN11的源极、第十二NMOS管MN12的源极、第十三NMOS管MN13的源极接地；第十二PMOS管MP12的源极连接电源电压VDD，第十二PMOS管MP12的漏极、第十三NMOS管MN13的漏极相连接，产生误差电压Ei；第十PMOS管MP10的栅极、第十一PMOS管MP11的栅极分别接收输入信号V3、V4，将其差值转换为误差电压Ei进行输出。
积分模块包括：第十三PMOS管MP13、第十四PMOS管MP14、第十五PMOS管MP15、第十六PMOS管MP16、第十四NMOS管MN14、第十五NMOS管MN15、第十六NMOS管MN16、电容C2。
其中，第十三PMOS管MP13的栅极、第十五PMOS管MP15的栅极用于接收误差电压Ei；第十三PMOS管MP13的源极、第十四PMOS管MP14的源极、第十五PMOS管MP15的源极、第十六PMOS管MP16的源极连接电源电压VDD；第十三PMOS管MP13的漏极连接第十四PMOS管MP14的漏极、第十四PMOS管MP14的栅极、第十六PMOS管MP16的栅极、第十四NMOS管MN14的漏极和栅极；第十四NMOS管MN14的源极接地；第十五PMOS管MP15的漏极连接第十五NMOS管MN15的漏极、第十五NMOS管MN15的栅极、第十六NMOS管MN16的栅极；第十五NMOS管MN15的源极、第十六NMOS管MN16的源极、电容C2的第二端接地；第十六PMOS管MP16的漏极连接第十六NMOS管MN16漏极和电容C2的第一端，用于产生积分信号Eo。
在电流产生模块中，通过设置第三电阻R3、第四电阻R4、第七PMOS管MP7、第八NMOS管MN8、第九NMOS管MN9，产生恒定的流过第四电阻R4的电流Ie1，通过MOS管电流公式，建立如下公式计算得到电流Ie1：
其中，Ve1为第八NMOS管MN8的栅极电压，Ve2为第九NMOS管MN9的栅极电压，μ为PMOS管和NMOS管中电子的迁移速率，W/L为PMOS管和NMOS管的宽长比，Vth为阈值电压。
然后，通过第七PMOS管MP7、第九PMOS管MP9组成的电流镜，对电流Ie1进行放大，产生工作电流。
在误差转换模块中，第十PMOS管MP10、第十一PMOS管MP11构成输入晶体管对，用于接收输入信号V3、V4；第十NMOS管MN10、第十一NMOS管MN11、第十二NMOS管MN12、第十三NMOS管MN13构成电流镜电路，分别对流过第十PMOS管MP10、第十一PMOS管MP11的电流进行放大，第八PMOS管MP8、第十二PMOS管MP12分别作为两路等效电流源，将输入信号V3、V4的差值转换为误差电压Ei进行输出。
在积分模块中，第十三PMOS管MP13、第十四PMOS管MP14参数相同；输出端采用第十六PMOS管MP16和第十六NMOS管MN16放大输出电压，提高动态响应性能。误差电压Ei直接输入到第十五PMOS管MP15的栅极，同时还通过第十三PMOS管MP13、第十四PMOS管MP14的控制，产生负的误差电压Ei，输入到第十六PMOS管MP16的栅极，经过电流镜电路比例放大后，输入到电容C2，对其进行积分，产生积分信号Eo。该积分模块用于对误差电压Ei进行比例放大，并通过电容C2进行积分，增大输出电压，改善动态响应性能。
该积分器，简化电路结构，提高输出增益，改善动态响应性能，同时设置电流产生模块产生适当大小的工作电流以进行稳定工作，减小静态功耗。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种高增益低损耗的Boost变换器，其特征在于，包括：直流电源Vi、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电感L1、第二电感L2、开关管S、第一电容C1、输出电容Co、负载R；
直流电源Vi的正极连接第一二极管D1的阳极，第一二极管D1的阴极连接第一电感L1的第一端，第一电感L1的第二端分别连接开关管S的漏极、第一电容C1的第一端、第二电感L2的第一端；第二电感L2的第二端连接第二二极管D2的阳极，第二二极管D2的阴极分别连接输出电容Co的第一端、负载R的第一端；负载R的第二端、输出电容Co的第二端、第一电容C1的第二端、开关管S的源极、直流电源Vi的负极共同连接；
所述Boost变换器还包括控制电路，用于实现开关管S的控制，所述控制电路包括积分器、电压比较器、电压过零比较器和RS触发器；所述积分器的反相输入端连接第一电感电流参考值iref，同相输入端连接第一电感电流iL1，所述积分器的输出端连接所述电压比较器的反相输入端，所述电压比较器的同相输入端连接斜坡电压Vramp，所述电压比较器的输出端连接所述RS触发器的复位端；所述电压过零比较器的反相输入端接地，同相输入端连接第一电容电压VC1，所述电压过零比较器的输出端连接所述RS触发器的置位端，所述RS触发器的输出端产生PWM控制信号，输入到开关管S的栅极；
所述积分器包括：电流产生模块、误差转换模块和积分模块；所述电流产生模块包括：第三电阻R3、第四电阻R4、第七PMOS管MP7、第九PMOS管MP9、第八NMOS管MN8、第九NMOS管MN9；
其中，第三电阻R3的第一端连接第七PMOS管MP7的源极和电源电压VDD；第三电阻R3的第二端连接第八NMOS管MN8的栅极、第九NMOS管MN9的漏极；第九NMOS管MN9的源极接地，并连接第四电阻R4的第二端；第九NMOS管MN9的栅极连接第四电阻R4的第一端、第八NMOS管MN8的源极；第八NMOS管MN8的漏极连接第七PMOS管MP7的漏极和栅极、第九PMOS管MP9的栅极；第九PMOS管MP9的源极连接电源电压，第九PMOS管MP9的漏极产生工作电流，输入到误差转换模块；
所述误差转换模块包括：第八PMOS管MP8、第十PMOS管MP10、第十一PMOS管MP11、第十二PMOS管MP12、第十NMOS管MN10、第十一NMOS管MN11、第十二NMOS管MN12、第十三NMOS管MN13、第一电阻R1、第二电阻R2；
其中，第八PMOS管MP8的源极连接电源电压VDD，第八PMOS管MP8的栅极、漏极相连接，并连接第十二PMOS管MP12的栅极、第十NMOS管MN10的漏极；第十NMOS管MN10的源极接地；第十NMOS管MN10的栅极连接第十一NMOS管MN11的漏极、第十PMOS管MP10的漏极、第一电阻R1的第一端；第十PMOS管MP10的源极连接第十一PMOS管MP11的源极，用于接收工作电流；第十一PMOS管MP11的漏极连接第二电阻R2的第二端、第十二NMOS管MN12的漏极、第十三NMOS管MN13的栅极；第一电阻R1的第二端连接第二电阻R2的第一端、第十一NMOS管MN11的栅极、第十二NMOS管MN12的栅极；第十一NMOS管MN11的源极、第十二NMOS管MN12的源极、第十三NMOS管MN13的源极接地；第十二PMOS管MP12的源极连接电源电压VDD，第十二PMOS管MP12的漏极、第十三NMOS管MN13的漏极相连接，产生误差电压Ei；第十PMOS管MP10的栅极、第十一PMOS管MP11的栅极接收第一电感电流参考值iref、第一电感电流iL1，将其差值转换为误差电压Ei进行输出；
所述积分模块包括：第十三PMOS管MP13、第十四PMOS管MP14、第十五PMOS管MP15、第十六PMOS管MP16、第十四NMOS管MN14、第十五NMOS管MN15、第十六NMOS管MN16、电容C2；
其中，第十三PMOS管MP13的栅极、第十五PMOS管MP15的栅极用于接收误差电压Ei；第十三PMOS管MP13的源极、第十四PMOS管MP14的源极、第十五PMOS管MP15的源极、第十六PMOS管MP16的源极连接电源电压VDD；第十三PMOS管MP13的漏极连接第十四PMOS管MP14的漏极、第十四PMOS管MP14的栅极、第十六PMOS管MP16的栅极、第十四NMOS管MN14的漏极和栅极；第十四NMOS管MN14的源极接地；第十五PMOS管MP15的漏极连接第十五NMOS管MN15的漏极、第十五NMOS管MN15的栅极、第十六NMOS管MN16的栅极；第十五NMOS管MN15的源极、第十六NMOS管MN16的源极、电容C2的第二端接地；第十六PMOS管MP16的漏极连接第十六NMOS管MN16漏极和电容C2的第一端，用于产生积分信号。
2.根据权利要求1所述的Boost变换器，其特征在于，在一个开关周期内，所述Boost变换器包括5个工作模态。
3.根据权利要求2所述的Boost变换器，其特征在于，工作模态1包括t0-t1阶段，具体为：在t0时刻，第一电容C1两端电压为零，开关管S的反并联二极管Ds导通，第二电感L2对输出电容Co放电，第二电感L2、第二二极管D2、输出电容Co、反并联二极管Ds形成电流回路；同时开关管S零电压导通，第一电感L1承受正向电压，第一电感电流iL1线性上升，直流电源Vi、第一二极管D1、第一电感L1、开关管S形成电流回路。
4.根据权利要求3所述的Boost变换器，其特征在于，工作模态2包括t1-t2阶段，具体为：在t1时刻，第二电感电流iL2下降为零，第二二极管D2零电流关断；同时，开关管S继续导通，对第一电感L1充电，直流电源Vi、第一二极管D1、第一电感L1、开关管S形成电流回路。
5.根据权利要求4所述的Boost变换器，其特征在于，工作模态3包括t2-t3阶段，具体为：在t2时刻，第一电感电流iL1上升到最大，开关管S零电压关断，第一电感L1对电容C1进行放电，第一电感电流iL1开始下降，电容电压VC1开始升高，直流电源Vi、第一二极管D1、第一电感L1、电容C1形成电流回路。
6.根据权利要求5所述的Boost变换器，其特征在于，工作模态4包括t3-t4阶段，具体为：在t3时刻，电容电压VC1上升到输出电压，第二二极管D2开始导通，电容C1同时对第二电感L2、输出电容Co放电，电容C1、第二电感L2、输出电容Co、第二二极管D2之间形成电流回路。
7.根据权利要求6所述的Boost变换器，其特征在于，工作模态5包括t4-t5阶段，具体为：在t4时刻，第一电感电流iL1下降到零，电容电压VC1达到最大，第一二极管D1零电流关断，仅电容C1、第二电感L2、输出电容Co、第二二极管D2之间形成电流回路。
8.根据权利要求1所述的Boost变换器，其特征在于，开关管S为自带反向并联二极管的金氧半场效晶体管，所述Boost变换器基于占空比D和开关周期T，来调整Boost变换器的增益。
9.一种电源系统，包括权利要求1-8任一项所述的Boost变换器。
CN202211326506.2A 2022-10-27 2022-10-27 一种高增益低损耗的Boost变换器及其电源系统 Active CN115664201B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211326506.2A CN115664201B (zh) 2022-10-27 2022-10-27 一种高增益低损耗的Boost变换器及其电源系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211326506.2A CN115664201B (zh) 2022-10-27 2022-10-27 一种高增益低损耗的Boost变换器及其电源系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115664201A CN115664201A (zh) 2023-01-31
CN115664201B true CN115664201B (zh) 2023-10-24

Family

ID=84993295

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211326506.2A Active CN115664201B (zh) 2022-10-27 2022-10-27 一种高增益低损耗的Boost变换器及其电源系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115664201B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1299179A (zh) * 2000-12-21 2001-06-13 深圳市华为电气技术有限公司 直流变换器功率开关管的软开关方法和软开关直流变换器
CN206442297U (zh) * 2016-10-26 2017-08-25 深圳市润海通科技有限公司 Boost谐振软开关变换器
CN107104596A (zh) * 2017-05-24 2017-08-29 华南理工大学 一种低电压应力的高增益准开关升压dc/dc变换器
CN107769541A (zh) * 2017-11-20 2018-03-06 哈尔滨工业大学 Lcc谐振缓冲型双向直流变换器及其调频软启动控制方法
CN111725993A (zh) * 2020-06-17 2020-09-29 辽宁工程技术大学 一种高效Sepic软开关变换器及其控制方法
CN111799989A (zh) * 2020-07-15 2020-10-20 电子科技大学 一种应用于电流模式COT控制Buck变换器的过流检测电路
CN113689823A (zh) * 2021-08-30 2021-11-23 宜宾职业技术学院 一种高功率因素单开关两路不均衡输出oled驱动器

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106774614B (zh) * 2016-12-05 2017-11-14 电子科技大学 一种运用超级跨导结构的低压差线性稳压器

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1299179A (zh) * 2000-12-21 2001-06-13 深圳市华为电气技术有限公司 直流变换器功率开关管的软开关方法和软开关直流变换器
CN206442297U (zh) * 2016-10-26 2017-08-25 深圳市润海通科技有限公司 Boost谐振软开关变换器
CN107104596A (zh) * 2017-05-24 2017-08-29 华南理工大学 一种低电压应力的高增益准开关升压dc/dc变换器
CN107769541A (zh) * 2017-11-20 2018-03-06 哈尔滨工业大学 Lcc谐振缓冲型双向直流变换器及其调频软启动控制方法
CN111725993A (zh) * 2020-06-17 2020-09-29 辽宁工程技术大学 一种高效Sepic软开关变换器及其控制方法
CN111799989A (zh) * 2020-07-15 2020-10-20 电子科技大学 一种应用于电流模式COT控制Buck变换器的过流检测电路
CN113689823A (zh) * 2021-08-30 2021-11-23 宜宾职业技术学院 一种高功率因素单开关两路不均衡输出oled驱动器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
付光杰 ; 冉璇 ; 邢建华 ; .基于软开关的Boost变换器的研究.电力电子技术.2010,(第10期), *
基于软开关的Boost变换器的研究;付光杰;冉璇;邢建华;;电力电子技术(第10期) *

Also Published As

Publication number Publication date
CN115664201A (zh) 2023-01-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kumar et al. Switched capacitor–inductor network based ultra-gain DC–DC converter using single switch
Wu et al. Adaptive peak-inductor-current-controlled PFM boost converter with a near-threshold startup voltage and high efficiency
Du et al. An integrated speed-and accuracy-enhanced CMOS current sensor with dynamically biased shunt feedback for current-mode buck regulators
Man et al. A 0.9-V input discontinuous-conduction-mode boost converter with CMOS-control rectifier
CN102983734B (zh) 应用于升压型dc-dc开关电源中的软启动电路
US11621636B2 (en) Switching converter with low quiescent current and control circuit thereof
CN114389449B (zh) 自举式开关变换器及其驱动电路
Hwang et al. A high-efficiency fast-transient-response buck converter with analog-voltage-dynamic-estimation techniques
Zhen et al. Design of hybrid dual-path DC-DC converter with wide input voltage efficiency improvement
Hwang et al. An improved optimum-damping current-mode buck converter with fast-transient response and small-transient voltage using new current sensing circuits
CN114421766A (zh) 一种应用于开关电源具有抖频及斜坡补偿的高精度振荡器电路
CN114744869B (zh) 一种三电平降压直流变换器
Singh et al. Quasi-impedance-source-network-based nonisolated high-step-up DC–DC converter
CN116111840A (zh) 一种高效率快速瞬态响应的双相Buck电路电源管理芯片
Chen et al. A dead-beat-controlled fast-transient-response buck converter with active pseudo-current-sensing techniques
CN115664201B (zh) 一种高增益低损耗的Boost变换器及其电源系统
Chen et al. A sub-1-μs ultrafast-response buck converter with improved analog-voltage-dynamic-estimation techniques
CN115567051B (zh) 一种用于Boost变换器的积分器以及Boost变换器
CN115664395B (zh) 用于Boost变换器的高精度比较器以及Boost变换器
Lu et al. A sub-1V voltage-mode DC-DC buck converter using PWM control technique
Huang et al. Low-voltage indoor energy harvesting using photovoltaic cell
CN115800683A (zh) 电流检测电路及dc-dc降压转换器
Boutaghlaline et al. An improved transient performance boost converter using pseudo-current hysteresis control
Sun et al. A 0.42-V input boost DC–DC converter with pseudo-digital pulsewidth modulation
CN109804563B (zh) 一种整流电路及整流器

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
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20230926

Address after: 311300 Room 269, Wanma Road, Jincheng Street, Lin'an District, Hangzhou City, Zhejiang Province (1-8 floors of buildings 1-5, whole buildings of 6, 1-5 floors of buildings 7)

Applicant after: State Grid Zhejiang Electric Power Co., Ltd. Hangzhou Lin'an district power supply Co.

Applicant after: HANGZHOU POWER EQUIPMENT MANUFACTURING Co.,Ltd. LIN'AN HENGXIN COMPLETE ELECTRICAL MANUFACTURING BRANCH

Address before: 226100 no.1888 Baolin Road, Yuelai Town, Haimen City, Nantong City, Jiangsu Province

Applicant before: Jiangsu Hanna new energy Co.,Ltd.

TA01 Transfer of patent application right
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant