CN115955111A - 扩展型升压电路、升压变换器及升压电路的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供扩展型升压电路、升压变换器及升压电路的控制方法，扩展型升压电路包括第一开关管和n个Z网络，每个Z网络包括第一电感和第一电容；第1个Z网络的第一电感的第一端与电源的正极连接，第i个Z网络的第一电容的第一端与第i+1个Z网络的第一电感的第一端连接；每个Z网络的第一电容的第二端分别与电源的负极连接；第n个Z网络的第一电容的第一端与负载的第一端连接，第n个Z网络的第一电容的第二端与负载的第二端连接。本发明仅使用一个第一开关管控制多个Z网络，Z网络的多级拓展简单，可有效提高升压电路的电压增益。

Description

扩展型升压电路、升压变换器及升压电路的控制方法

技术领域

本发明涉及变换器技术领域，具体涉及扩展型升压电路、升压变换器及升压电路的控制方法。

背景技术

升压电路按照有无电气隔离，主要分为隔离型升压电路与非隔离型升压电路。隔离型升压电路主要使通过主次级变压器的匝数比来改变升压比，从而获得不同大小的输出电压，隔离型升压电路非常适用于对电源有隔离使用要求的情景，具有很好的安全性，但缺点在于变压器体积较大，且存在电磁干扰性。

非隔离型升压电路则无变压器结构，主要利用电感、电容的特性完成电压的升举，体积小、效率高，在无需电气隔离的场合广泛使用，但传统boost电路复杂不利于多级拓展使用。

发明内容

本发明针对传统boost电路不利于多级拓展使用的问题，提供扩展型升压电路、升压变换器及升压电路的控制方法。

第一方面，提供一种扩展型升压电路，其包括第一开关管和n个Z网络，每个Z网络包括第一电感和第一电容；

第1个Z网络的第一电感的第一端与电源的正极连接，第i个Z网络的第一电容的第一端与第i+1个Z网络的第一电感的第一端连接；每个Z网络的第一电容的第二端分别与电源的负极连接；

当第一开关管导通时，第i个Z网络的第一电容给第i+1个Z网络的第一电感充电，当第一开关管关断时，第i个 Z网络的第一电容、第i+1个Z网络的第一电感给第i+1个Z网络的第一电容充电；i∈{1,2，……，n-1}，n为大于1的整数；

第n个Z网络的第一电容的第一端与负载的第一端连接，第n个Z网络的第一电容的第二端与负载的第二端连接。

可选的，所述Z网络还包括第一二极管和第二二极管，第一电感的第二端与第一二极管的阳极连接，第一二极管的阴极与第一电容的第一端连接，第二二极管的阳极与第一电感的第二端连接。

可选的，第一开关管的第二端与电源的负极连接，每个Z网络的第二二极管的阴极分别与第一开关管的第一端连接。

可选的，第一开关管导通时，扩展型升压电路工作于第一工作模态，第一开关管关断时，扩展型升压电路工作于第二工作模态；

第一工作模态：n个Z网络的第二二极管分别导通，n个Z网络的第一二极管分别截止；电源、第1个Z网络的第一电感和第1个Z网络的第二二极管串联形成闭合回路；第i个Z网络的第一电容、第i+1个Z网络的第一电感、第i+1个Z网络的第二二极管形成闭合回路；第n个Z网络的第一电容与负载形成闭合回路；

第二工作模态：n个Z网络的第一二极管分别导通，n个Z网络的第二二极管分别截止；第1个Z网络的第一电感、第1个Z网络的第一二极管、第1个Z网络的第一电容依次串联后，并接于电源的两端；第i+1个Z网络的第一电感、第i+1个Z网络的第一二极管、第i+1个Z网络的第一电容依次串联后，并接于第i个Z网络的第一电容的两端。

可选的，还包括控制模块，所述控制模块包括：

采样单元，其用于获取负载两端的电压；

误差放大器，其用于根据负载两端的电压与设定电压输出误差信号；

PI调节器，其用于根据误差信号输出调节信号；

电压比较器，其用于根据调节信号和锯齿波信号输出PWM信号；

开关驱动单元，其用于将PWM信号转换为控制信号，并将控制信号传输至第一开关管的第三端。

可选的，PI调节器包括运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第二电容；

运算放大器的同相端通过第三电阻接地，运算放大器的反相端与第一电阻的第二端、第二电阻的第一端连接，第二电阻的第二端与误差放大器的输出端连接，第一电阻的第一端与第二电容的第二端连接，第二电容的第一端与运算放大器的输出端连接。

可选的，所述第一开关管为场效应管，第一开关管的第一端为场效应管的漏极，第一开关管的第二端为场效应管的源极，第一开关管的第三端为场效应管的栅极。

第二方面，提供一种升压变换器其包括第一方面所述的一种扩展型升压电路。

第三方面，提供一种扩展型升压电路的控制方法，包括如下步骤：

获取负载两端的电压；

利用误差放大器，根据负载两端的电压与设定电压的差值获取误差信号；

利用PI调节器，根据误差信号获取调节信号；

利用电压比较器，将调节信号和锯齿波信号进行比较，获取PWM信号；

利用开关驱动单元，将PWM信号转换为控制信号，并将控制信号传输至第一开关管的第三端。

有益效果：本发明仅使用一个第一开关管控制多个Z网络，Z网络的多级拓展简单，可有效提高升压电路的电压增益；使用一个开关管可降低成本，且控制简单方便，升压电路的电路稳定性强。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作出进一步详细说明。

图1为本示意性实施例提供的一种扩展型升压电路的结构示意图。

图2为本示意性实施例提供的一种扩展型升压电路的Z网络的结构示意图。

图3为本示意性实施例提供的一种扩展型升压电路在第一模态时的示意图。

图4为本示意性实施例提供的一种扩展型升压电路在第一模态时的示意图。

图5为本示意性实施例提供的一种扩展型升压电路在输出电压大于设定电压时的控制模块的部分电压波形图。

图6为本示意性实施例提供的一种扩展型升压电路在输出电压小于设定电压时的控制模块的部分电压波形图。

图7为本示意性实施例提供的一种具有4级Z网络的扩展型升压电路的结构示意图。

图8为本示意性实施例提供的一种具有4级Z网络的扩展型升压电路在第一模态时的示意图。

图9为本示意性实施例提供的一种具有4级Z网络的扩展型升压电路在第二模态时的示意图。

图10为本示意性实施例提供的一种扩展型升压电路的控制流程图。

附图标记：

Vin、电源；L1、第一电感；D1、第一二极管；D2、第二二极管；C1、第一电容；C2、第二电容；Q、第一开关管；R、负载；K1、误差放大器；K2、运算放大器；K3、电压比较器；R1、第一电阻；R2、第二电阻、R3、第三电阻。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种扩展型升压电路，其包括第一开关管Q和n个Z网络；第一开关管Q为场效应管，所述第一开关管Q的第一端为场效应管的漏极，第一开关管Q的第二端为场效应管的源极，第一开关管Q的第三端为场效应管的栅极。

如图2所示，每个Z网络包括第一电感L1、第一电容C1、第一二极管D1和第二二极管D2；第一电感L1的第二端与第一二极管D1的阳极、第二二极管D2的阳极连接，第一二极管D1的阴极与第一电容C1的第一端连接。

第1个Z网络的第一电感L1的第一端与电源Vin的正极连接，第i个Z网络的第一电容C1的第一端与第i+1个Z网络的第一电感L1的第一端连接；每个Z网络的第一电容C1的第二端相互连接，每个Z网络的第二二极管D2的阴极相互连接；i∈{1,2，……，n-1}，n为大于1的整数，也即Z网络的个数。

第一开关管Q的第一端与第1个Z网络的第二二极管D2的阴极连接，第一开关管Q的第二端与电源Vin的负极连接。

负载R并接于第n个Z网络的第一电容C1的两端。当第一开关管Q导通时，第i个Z网络的第一电容C1给第i+1个Z网络的第一电感L1充电，当第一开关管Q关断时，第i个 Z网络的第一电容C1、第i+1个Z网络的第一电感L1给第i+1个Z网络的第一电容C1充电。

如图3所示，当第一开关管Q导通时，扩展型升压电路工作于第一工作模态如下：

每个Z网络的第二二极管D2分别导通，每个Z网络的第一二极管D1分别截止；电源Vin、第1个Z网络的第一电感L1和第1个Z网络的第二二极管D2串联形成闭合回路；第i个Z网络的第一电容C1、第i+1个Z网络的第一电感L1、第i+1个Z网络的第二二极管D2形成闭合回路；第n个Z网络的第一电容C1与负载R形成闭合回路；此时各个Z网络中第一电感L1两端的电压大小如下：

V _L1 =V _S ；

V _Lj =V _Cj-1 ，j∈{2，3，……，n}；

式中， V _L1 为第1个Z网络的第一电感L1的电压， V _S 为电源Vin的电压， V _Lj 为第j个Z网络的第一电感L1的电压， V _Cj-1 为第j-1个Z网络的第一电容C1的电压。

如图4所示，当第一开关管Q关断时，扩展型升压电路工作于第二工作模态如下：

n个Z网络的第一二极管D1分别导通，n个Z网络的第二二极管D2分别截止；第1个Z网络的第一电感L1、第1个Z网络的第一二极管D1、第1个Z网络的第一电容C1依次串联后，并接于电源Vin的两端；第i+1个Z网络的第一电感L1、第i+1个Z网络的第一二极管D1、第i+1个Z网络的第一电容C1依次串联后，并接于第i个Z网络的第一电容C1的两端；i∈{1,2，……，n-1}，n为大于1的整数；此时各级Z网络中第一电感L1两端的电压大小如下：

V _L1 =V _C1 －V _S ；

V _Li =V _ci －V _ci-1 ；

V _Ln =V _O －V _Cn-1 ；

式中， V _L1 为第1个Z网络的第一电感L1的电压， V _S 为电源Vin的电压， V _Li 为第i个Z网络的第一电感L1的电压， V _Ci 为第i个Z网络的第一电容C1的电压， V _Ci-1 为第i-1个Z网络的第一电容C1的电压， V _Ln 为第n个Z网络的第一电感L1的电压， V _O 为负载R两端的电压， V _Cn-1 为第n-1个Z网络的第一电容C1的电压。

对一个周期内，各级Z网络的第一电感L1使用伏秒定理如下：

对于第1个Z网络的第一电感L1： V _S ·t _on =(V _C1 －V _S )·t _off ；

对于第2个Z网络的第一电感L1： V _C1 ·t _on =(V _C2 －V _C1 )·t _off ；

对于第i个Z网络的第一电感L1： V _Ci-1 ·t _on =(V _Ci －V _Ci-1 )·t _off ；

对于第n个Z网络的第一电感L1： V _Cn-1 ·t _on =(V _O －V _Cn-1 )·t _off ；

根据上述式子可得，扩展型升压电路的电压增益为

；

式中， t _on 为第一开关管Q在一个周期内的导通时间， t _off 为第一开关管Q在一个周期内的关断时间，D为第一开关管Q的导通占空比，n为Z网络的个数。

作为本实施例的进一步改进方案，所述扩展型升压电路还包括控制模块。

所述控制模块包括采样单元、误差放大器K1、PI调节器、电压比较器K3和开关驱动单元。

所述采样单元用于获取负载R两端的电压。

所述误差放大器K1用于根据负载R两端的电压与设定电压的差值获取误差信号；误差放大器K1的同相端与采样单元连接，接收采样单元获取的负载R两端的电压；误差放大器K1的反向端接收设定电压，误差放大器K1的输出端输出误差信号。所述误差放大器K1的输出与输入的关系式为：

V_k1=A(V_O －V_R)；

式中，V_k1为误差放大器K1输出的误差信号；A为误差放大器K1的放大比例系数；V_O为负载R两端的电压，即升压电路的输出电压；V_R为设定电压。

所述PI调节器用于根据误差信号获取调节信号；PI调节器包括运算放大器K2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第二电容C2；运算放大器K2的同相端通过第三电阻R3接地，运算放大器K2的反相端与第一电阻R1的第二端、第二电阻R2的第一端连接，第二电阻R2的第二端与误差放大器K1的输出端连接，第一电阻R1的第一端与第二电容C2的第二端连接，第二电容C2的第一端与运算放大器K2的输出端连接，运算放大器K2的输出端输出所述调节信号。所述PI调节器的输出与输入关系式为：

；

式中，V_k2为PI调节器输出的调节信号，kp为PI调节器的比例系数，ki为PI调节器的积分系数，ki和kp是根据PI调节器的电路结构而定的系数；此实施例中， kp=﹣R ₁ /R ₂ ,ki= ﹣1/ (R ₂ ·C ₂ )，R ₁ 为第一电阻R1的阻值， R ₂ 为第二电阻R2的阻值， C ₂ 为第二电容C2的电容量。

所述电压比较器K3用于将调节信号与锯齿波信号比较，输出PWM信号；电压比较器K3的同相端与运算放大器K2的输出端连接，用于接收所述调节信号；电压比较器K3的反相端用于接收锯齿波信号，电压比较器K3的输出端输出已调节占空比的PWM信号。

所述开关驱动单元用于将PWM信号转换为控制信号，并将控制信号传输至第一开关管Q的第三端，从而通过控制信号控制第一开关管Q以调节过的占空比作通断动作，从而调节调节升压电路的输出电压。

当升压电路实际输出电压大于理想电压时，理想电压即所述设定电压，误差放大器K1输出的误差信号为正，且随着升压电路的实际输出电压增益，误差信号的绝对值增大，PI调节器输出的调节信号逐渐变小，电压比较器K3输出占空比逐渐变小的PWM信号，控制信号的占空比减小，从而使第一开关管Q的占空比减小，使得升压电路的实际输出电压下降；反之同理，当升压电路实际输出电压小于理想电压时，误差放大器K1输出的误差信号为负，且随着升压电路的实际输出电压增益，误差信号的绝对值增大，PI调节器输出的调节信号逐渐变大，电压比较器K3输出占空比逐渐变大的PWM信号，控制信号的占空比增大，从而使第一开关管Q的占空比增大，使得升压电路的实际输出电压上升。

以此极小时间段为例，当实际输出电压大于理想输出电压时，升压电路的输出电压近似视为幅度很小的三角波，控制模块中各部分器件的电压波形变化如图5所示，图中V_O为升压电路的输出电压，V_R为设定电压，V_k1为误差放大器K1输出的误差信号，V_k2为PI调节器输出的调节信号。

以此极小时间段为例，当实际输出电压小于理想输出电压时，升压电路的输出电压近似视为幅度很小的三角波，控制模块中各部分器件的电压波形变化如图6所示，图中V_O为升压电路的输出电压，V_R为设定电压，V_k1为误差放大器K1输出的误差信号，V_k2为PI调节器输出的调节信号。此实施例中，与升压电路连接的电源Vin可以是直流电源Vin，也可以是某个直流电压的输出电流等；第一电容C1和第一电感L1的大小视实际情况而定。

本实施例仅用一个第一开关管Q控制多个Z网络，Z网络的多级拓展简单，可有效提高升压电路的电压增益；使用一个开关管可降低成本，且控制简单方便，升压电路的电路稳定性强。本实施例中Z网络的架构结合控制模块的PWM控制方法，将直通零矢量均分多段插入到传统零矢量的开关切换时刻，不同的分段插入方法找出最合适的直通占空比，从而达到最大的能量传输效益，可降低第一开关管Q的电压应力。

实施例2

如图7所示，本实施例提供一种扩展型升压电路，其包括控制模块、第一开关管Q和4个Z网络；第一开关管Q为场效应管，所述第一开关管Q的第一端为场效应管的漏极，第一开关管Q的第二端为场效应管的源极，第一开关管Q的第三端为场效应管的栅极。

每个Z网络包括第一电感L1、第一电容C1、第一二极管D1和第二二极管D2；第一电感L1的第二端与第一二极管D1的阳极、第二二极管D2的阳极连接，第一二极管D1的阴极与第一电容C1的第一端连接。

第1个Z网络的第一电感L1的第一端与电源Vin的正极连接，第i个Z网络的第一电容C1的第一端与第i+1个Z网络的第一电感L1的第一端连接；每个Z网络的第一电容C1的第二端相互连接，每个Z网络的第二二极管D2的第二端相互连接；i∈{1,2，3}。

第一开关管Q的第一端与第1个Z网络的第二二极管D2的阴极连接，第一开关管Q的第二端与电源Vin的负极连接。

负载R并接于第4个Z网络的第一电容C1的两端。当第一开关管Q导通时，第i个Z网络的第一电容C1给第i+1个Z网络的第一电感L1充电，当第一开关管Q关断时，第i个 Z网络的第一电容C1、第i+1个Z网络的第一电感L1给第i+1个Z网络的第一电容C1充电。

如图8所示，当第一开关管Q导通时，扩展型升压电路工作于第一工作模态如下：

每个Z网络的第二二极管D2分别导通，每个Z网络的第一二极管D1分别截止；电源Vin、第1个Z网络的第一电感L1和第1个Z网络的第二二极管D2串联形成闭合回路；第i个Z网络的第一电容C1、第i+1个Z网络的第一电感L1、第i+1个Z网络的第二二极管D2形成闭合回路；第4个Z网络的第一电容C1与负载R形成闭合回路；此时各级Z网络中第一电感L1两端的电压大小如下：

V _L1 =V _S ；

V _Lj =V _Cj-1 ，j∈{2，3，4}；

式中， V _L1 为第1个Z网络的第一电感L1的电压， V _S 为电源Vin的电压， V _Lj 为第j个Z网络的第一电感L1的电压， V _Cj-1 为第j-1个Z网络的第一电容C1的电压。

如图9所示，当第一开关管Q关断时，扩展型升压电路工作于第二工作模态如下：

每个Z网络的第一二极管D1分别导通，每个Z网络的第二二极管D2分别截止；第1个Z网络的第一电感L1、第1个Z网络的第一二极管D1、第1个Z网络的第一电容C1依次串联后，并接于电源Vin的两端；第i+1个Z网络的第一电感L1、第i+1个Z网络的第一二极管D1、第i+1个Z网络的第一电容C1依次串联后，并接于第i个Z网络的第一电容C1的两端；i∈{1,2，3}。

在一个开关周期内，对各级Z网络的第一电感L1使用伏秒定理如下：

对于第1个Z网络的第一电感L1： V _S ·t _on =(V _C1 －V _S )·t _off ；

对于第2个Z网络的第一电感L1： V _C1 ·t _on =(V _C2 －V _C1 )·t _off ；

对于第3个Z网络的第一电感L1： V _C2 ·t _on =（V _C3 －V _C2 ）·t _off ；

对于第4个Z网络的第一电感L1： V _C3 ·t _on =（V _O －V _C3 ）·t _off ；

式中， V _S 为电源Vin的电压， V _C1 为第1个Z网络的第一电容C1的电压， V _C2 为第2个Z网络的第一电容C1的电压， V _C3 为第3个Z网络的第一电容C1的电压， V _O 为负载R两端的电压， t _on 为第一开关管Q在一个周期内的导通时间， t _off 为第一开关管Q在一个周期内的关断时间。

根据上式可得，此实施中升压电路的电压增益为

，式中，D为第一开关管Q的导通占空比。

所述控制模块包括采样单元、误差放大器K1、PI调节器、电压比较器K3和开关驱动单元。

所述采样单元用于获取负载R两端的电压，即获取升压电路的输出电压。

所述误差放大器K1用于根据负载R两端的电压与设定电压的差值获取误差信号。

所述PI调节器用于根据误差信号获取调节信号；PI调节器包括运算放大器K2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第二电容C2；运算放大器K2的同相端通过第三电阻R3接地，运算放大器K2的反相端与第一电阻R1的第二端、第二电阻R2的第一端连接，第二电阻R2的第二端与误差放大器K1的输出端连接，第一电阻R1的第一端与第二电容C2的第二端连接，第二电容C2的第一端与运算放大器K2的输出端连接，运算放大器K2的输出端输出所述调节信号。

所述电压比较器K3用于根据调节信号和锯齿波信号获取PWM信号；电压比较器K3的同相端与运算放大器K2的输出端连接，用于接收所述调节信号；电压比较器K3的反相端用于接收锯齿波信号，电压比较器K3的输出端输出已调节占空比的PWM信号。

所述开关驱动单元用于将PWM信号转换为控制信号，并将控制信号传输至第一开关管Q的第三端，从而通过控制信号控制第一开关管Q以调节过的占空比作通断动作，从而调节调节升压电路的输出电压。

当升压电路实际输出电压大于理想电压时，理想电压所述设定电压，误差放大器K1输出的误差信号为正，且随着升压电路的实际输出电压增益，误差信号的绝对值增大，PI调节器输出的调节信号逐渐变小，电压比较器K3输出占空比逐渐变小的PWM信号，控制信号的占空比减小，从而使第一开关管Q的占空比减小，使得升压电路的实际输出电压下降；反之同理。

实施例3

如图10所示，本实施例提供一种上述扩展型升压电路的控制方法，包括如下步骤：

获取负载R两端的电压，即扩展型升压电路的输出电压；

利用误差放大器K1，根据负载R两端的电压与设定电压的差值获取误差信号；将误差放大器K1的同相端与采样单元连接，接收采样单元获取的负载R两端的电压；将误差放大器K1的反向端接收设定电压，误差放大器K1的输出端输出误差信号。所述误差放大器K1的输出与输入的关系式为：

V_k1=A(V_O －V_R)；

式中，V_k1为误差放大器K1输出的误差信号；A为误差放大器K1的放大比例系数；V_O为负载R两端的电压，即升压电路的输出电压；V_R为设定电压。

利用PI调节器，根据误差信号获取调节信号；PI调节器包括运算放大器K2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第二电容C2；运算放大器K2的同相端通过第三电阻R3接地，运算放大器K2的反相端与第一电阻R1的第二端、第二电阻R2的第一端连接，第二电阻R2的第二端与误差放大器K1的输出端连接，第一电阻R1的第一端与第二电容C2的第二端连接，第二电容C2的第一端与运算放大器K2的输出端连接，运算放大器K2的输出端输出所述调节信号。所述PI调节器的输出与输入关系式为：

；

式中，V_k2为PI调节器输出的调节信号，kp为PI调节器的比例系数，ki为PI调节器的积分系数，ki和kp是根据PI调节器的电路结构而定的系数；此实施例中， kp=﹣ R ₁ /R ₂ ，ki=﹣ 1/ (R ₂ ·C ₂ )，R ₁ 为第一电阻R1的阻值， R ₂ 为第二电阻R2的阻值， C ₂ 为第二电容C2的电容量。

利用电压比较器K3，将调节信号和锯齿波信号进行比较，获取PWM信号；将电压比较器K3的同相端与运算放大器K2的输出端连接，用于接收所述调节信号；将锯齿波信号输入电压比较器K3的反相端，电压比较器K3的输出端输出已调节占空比的PWM信号。

利用开关驱动单元，将PWM信号转换为控制信号，并将控制信号传输至第一开关管Q的第三端，从而通过控制信号控制第一开关管Q以调节过的占空比进行通断动作。

通过该控制方法控制升压电路，使升压电路的第一开关管Q承受的电压应力低，且升压电路的输出较为稳定。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种扩展型升压电路，其特征在于，包括第一开关管（Q）和n个Z网络，每个Z网络包括第一电感（L1）和第一电容（C1）；

第1个Z网络的第一电感（L1）的第一端与电源（Vin）的正极连接，第i个Z网络的第一电容（C1）的第一端与第i+1个Z网络的第一电感（L1）的第一端连接；每个Z网络的第一电容（C1）的第二端分别与电源（Vin）的负极连接；

当第一开关管（Q）导通时，第i个Z网络的第一电容（C1）给第i+1个Z网络的第一电感（L1）充电，当第一开关管（Q）关断时，第i个 Z网络的第一电容（C1）、第i+1个Z网络的第一电感（L1）给第i+1个Z网络的第一电容（C1）充电；i∈{1,2，……，n-1}，n为大于1的整数；

第n个Z网络的第一电容（C1）的第一端与负载（R）的第一端连接，第n个Z网络的第一电容（C1）的第二端与负载（R）的第二端连接。

2.根据权利要求1所述的一种扩展型升压电路，其特征在于，所述Z网络还包括第一二极管（D1）和第二二极管（D2），第一电感（L1）的第二端与第一二极管（D1）的阳极连接，第一二极管（D1）的阴极与第一电容（C1）的第一端连接，第二二极管（D2）的阳极与第一电感（L1）的第二端连接。

3.根据权利要求2所述的一种扩展型升压电路，其特征在于，第一开关管（Q）的第二端与电源（Vin）的负极连接，每个Z网络的第二二极管（D2）的阴极分别与第一开关管（Q）的第一端连接。

4.根据权利要求3所述的一种扩展型升压电路，其特征在于，第一开关管（Q）导通时，扩展型升压电路工作于第一工作模态，第一开关管（Q）关断时，扩展型升压电路工作于第二工作模态；

第一工作模态：n个Z网络的第二二极管（D2）分别导通，n个Z网络的第一二极管（D1）分别截止；电源（Vin）、第1个Z网络的第一电感（L1）和第1个Z网络的第二二极管（D2）串联形成闭合回路；第i个Z网络的第一电容（C1）、第i+1个Z网络的第一电感（L1）、第i+1个Z网络的第二二极管（D2）形成闭合回路；第n个Z网络的第一电容（C1）与负载（R）形成闭合回路；

第二工作模态：n个Z网络的第一二极管（D1）分别导通，n个Z网络的第二二极管（D2）分别截止；第1个Z网络的第一电感（L1）、第1个Z网络的第一二极管（D1）、第1个Z网络的第一电容（C1）依次串联后，并接于电源（Vin）的两端；第i+1个Z网络的第一电感（L1）、第i+1个Z网络的第一二极管（D1）、第i+1个Z网络的第一电容（C1）依次串联后，并接于第i个Z网络的第一电容（C1）的两端。

5.根据权利要求1所述的一种扩展型升压电路，其特征在于，还包括控制模块，所述控制模块包括：

采样单元，其用于获取负载（R）两端的电压；

误差放大器（K1），其用于根据负载（R）两端的电压与设定电压输出误差信号；

PI调节器，其用于根据误差信号输出调节信号；

电压比较器（K3），其用于根据调节信号和锯齿波信号输出PWM信号；

开关驱动单元，其用于将PWM信号转换为控制信号，并将控制信号传输至第一开关管（Q）的第三端。

6.根据权利要求5所述的一种扩展型升压电路，其特征在于，PI调节器包括运算放大器（K2）、第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、第三电阻（R3）和第二电容（C2）；

运算放大器（K2）的同相端通过第三电阻（R3）接地，运算放大器（K2）的反相端与第一电阻（R1）的第二端、第二电阻（R2）的第一端连接，第二电阻（R2）的第二端与误差放大器（K1）的输出端连接，第一电阻（R1）的第一端与第二电容（C2）的第二端连接，第二电容（C2）的第一端与运算放大器（K2）的输出端连接。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种扩展型升压电路，其特征在于，所述第一开关管（Q）为场效应管，第一开关管（Q）的第一端为场效应管的漏极，第一开关管（Q）的第二端为场效应管的源极，第一开关管（Q）的第三端为场效应管的栅极。

8.一种升压变换器，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的一种扩展型升压电路。

9.根据权利要求1所述的一种扩展型升压电路的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取负载（R）两端的电压；

利用误差放大器（K1），根据负载（R）两端的电压与设定电压的差值获取误差信号；

利用PI调节器，根据误差信号获取调节信号；

利用电压比较器（K3），将调节信号和锯齿波信号进行比较，获取PWM信号；

利用开关驱动单元，将PWM信号转换为控制信号，并将控制信号传输至第一开关管（Q）的第三端。

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