CN203434859U

CN203434859U - 一种伪连续工作的高增益升压型dc-dc变换器

Info

Publication number: CN203434859U
Application number: CN201320523814.4U
Authority: CN
Inventors: 张波; 张能; 黄子田; 丘东元; 肖文勋
Original assignee: FUHUA ELECTRONIC Co Ltd; South China University of Technology SCUT
Current assignee: FUHUA ELECTRONIC Co Ltd; South China University of Technology SCUT
Priority date: 2013-08-26
Filing date: 2013-08-26
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2023-08-26

Abstract

本实用新型公开了一种伪连续工作的高增益升压型DC-DC变换器，包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一电感、第二电感、第一电容、第二电容和负载；所述第一开关管，第三开关管，第一二极管，第二二极管，第一电感，第一电容构成第一级Boost电路；所述第一开关管，第二开关管，第三二极管，第二电感，第一电容，第二电容构成第二级Boost电路。本实用新型动态响应速度快，电流纹波小，适合在大功率场合应用。

Description

一种伪连续工作的高增益升压型DC-DC变换器

技术领域

本实用新型涉及电力电子变换器技术领域，具体涉及一种伪连续工作的高增益升压型DC-DC变换器。

背景技术

随着生活和技术的发展，对电力电子变换器的要求也日益苛刻。传统的单相单级Boost变换器已经无法满足很多工业以及电子产业的需要，更高增益、更大功率、动态响应速度更快的升压电路得到越来越多的关注。传统的方法是通过多个Boost环节级联、多个Boost环节交错并联的技术提高变换器的增益，通过使变换器工作于DCM模式提高变换器动态响应速度，通过使变换器工作与电感电流连续模式提高功率。这些方法成本较高，电路复杂，且在快速动态响应与大功率两者之间必须舍其一。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种伪连续工作的高增益升压型DC-DC变换器。本实用新型适用于需要用到高增益、快速动态响应电力电子变换器的场合。

本实用新型采用如下技术方案：

一种伪连续工作的高增益升压型DC-DC变换器，包括第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1、第二电容C2和负载R；

所述第一电感L1的一端分别与输入电源的正极、第三开关管S3的源极连接，所述第一电感L1的另一端分别与第一二极管D1的阳极、第二二极管D2的阳极、第三开关管S3的漏极连接；

所述第一二极管D1的阴极分别与第二电感L2的一端、第一电容C1的一端、第二开关管S2的源极连接；

所述第二二极管D2的阴极分别与第二电感L2的另一端、第三二极管D3的阳极、第一开关管S1的漏极、第二开关管S2的漏极连接；

所述第三二极管D3的阴极分别与第二电容C2的一端、负载R的一端连接；所述第一电容C1的另一端分别与输入电源的负极、第一开关管S1的源极、第二电容C2的另一端、负载R的另一端连接。

所述第一开关管S1、第三开关管S3、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电感L1及第一电容C1构成第一级Boost电路；所述第一开关管S1、第二开关管S2、第三二极管D3、第二电感L2、第一电容C1及第二电容C2构成第二级Boost电路。

当流过第二电感L2的电流下降到参考电流时，同时开通第二二极管S2和第三开关管S3，使第二电感L2和第一电感工作于自然续流模式直到第一开关管S1开通。

本实用新型的有益效果：

本实用新型是一种具有更高增益、更快动态响应速度且适用于大功率场合升压变换器，解决了传统方法成本较高，电路复杂，且在快速动态响应与大功率两者之间必须舍其一的问题。

附图说明

图1是本实用新型的电路结构图；

图2（a）-2（c）是本实用新型在一个开关周期内的工作过程图，其中图2（a）是第一开关管S1闭合、第二开关管S2断开时变换器的工作状态；图2（b）是第一开关管S1断开、第二开关管S2断开时变换器的工作状态；图2（c）是第一开关管S1断开、第二开关管S2闭合时变换器的工作状态,图中实线电路表示变换器中有电流流过的部分，虚线表示变换器中没有电流流过的部分；

图3是本实用新型在一个开关周期内的波形图，其中V_Gs1、V_Gs2、V_Gs3分别代表第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3的脉冲驱动信号，i_L1（实线表示）、i_L2（虚线表示）代表电感中流过的电流，V_L1、V_L2分别表示第一电感L1和第二电感L2两端电压。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，一种伪连续工作的高增益升压型DC-DC变换器，包括第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1、第二电容C2和负载R；

所述第一开关管S1，第三开关管S3，第一二极管D1，第二二极管D2，第一电感L1，第一电容C1构成第一级Boost电路；所述第一开关管S1，第二开关管S2，第三二极管D3，第二电感L2，第一电容C1，第二电容C2构成第二级Boost电路。

变换器在一个开关周期里面第二电感L2和第一电感L1均工作于电感电流伪连续工作模式，不仅减小电流纹波而且提高了电路增益，同时电路的动态响应速度明显提高。

本实用新型一种伪连续工作的高增益升压型DC-DC变换器在一个开关周期内的工作过程如下：

工作状态1：如图2（a）所示，第一开关管S1导通，第二开关管S2和第三开关管S3同时断开。此时第二二极管D2导通，第一二极管D1和第三二极管D3由于分别承受第一电容C1和第二电容C2两端电压的反向偏压而处于关断状态。输入电源电压给第一电感L1充电，流过第一电感L1的电流开始增加，第一电感L1储能；同时第一电容C1给第二电感L2充电，流过第二电感L2的电流开始增加，第二电感L2储能，第二电容C2给负载供电并维持输出电压稳定。

工作状态2：如图2（b）所示，第一开关管S1断开，第二开关管S2和第三开关管S3断开，此时第一二极管D1和第三二极管D3导通，第二二极管D2承受反向偏压而处于关断状态。输入电源和第一电感L1同时给第一电容C1充电，并和第二电感L2一起给第二电容C2充电，向负载供电。流过第一电感L1的电流开始下降，流过第二电感L2的电流也开始下降。

工作状态3：如图2（c）所示：第一开关管S1关断，第二开关管S2和第三开关管S3同时导通，此时第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3均处于关断状态。第一电感L1和第二电感L2均工作在惯性状态，它们两端电压均为零，流过它们的电流均不变。

设输入电压为V_d，输出电压即第二电容C2两端电压为V_o，第一电容C1两端电压为V_c1，一个开关周期为Ts，其中工作状态1持续时间为d1Ts（d1为工作状态1持续时间占整个开关周期的占空比），工作状态2持续时间为d2Ts（d2为工作状态2持续时间占整个开关周期的占空比），工作状态3持续时间为d3Ts（d3为工作状态3持续时间占整个开关周期的占空比），d1、d2、d3满足如下关系：d1+d2+d3=1。

如图3，在工作状态1，第一电感L1两端电压为V_d，第二电感L2两端电压为V_c1；在工作状态2，第一电感L1两端电压为V_d-V_c1，第二电感L2两端电压为V_c1-V_o；在工作状态3，第一电感L1两端电压为0，第二电感L2两端电压为0。根据一个开关周期内电感伏秒平衡原理，可得如下关系式：

{&Integral;}_{0}^{d_{1} T_{s}} V_{d} dt + {&Integral;}_{d_{1} T_{s}}^{d_{1} T_{s} + d_{2} T_{s}} (V_{d} - V_{c 1}) dt + {&Integral;}_{d_{1} T_{s} + d_{2} T_{s}}^{d_{1} T_{s} + d_{2} T_{s} + d_{3} T_{s}} 0 dt = 0 - - - (1)

{&Integral;}_{0}^{d_{1} T_{s}} V_{c 1} dt + {&Integral;}_{d_{1} T_{s}}^{d_{1} T_{s} + d_{2} T_{s}} (V_{c 1} - V_{o}) dt + {&Integral;}_{d_{1} T_{s} + d_{2} T_{s}}^{d_{1} T_{s} + d_{2} T_{s} + d_{3} T_{s}} 0 dt = 0 - - - (2)

联立式（1）和式（2），可解得本实用新型提出的变换器增益M为：

M = \frac{V_{o}}{V_{d}} = {(\frac{d_{1} + d_{2}}{d_{2}})}^{2}

本实用新型是一种电感电流伪连续工作的高增益升压型DC-DC变换器，不仅动态响应速度快，电流纹波小，而且适合于在大功率场合应用。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种伪连续工作的高增益升压型DC-DC变换器，其特征在于，包括第一开关管（S1）、第二开关管（S2）、第三开关管（S3）、第一二极管（D1）、第二二极管（D2）、第三二极管（D3）、第一电感（L1）、第二电感（L2）、第一电容（C1）、第二电容（C2）和负载（R）；

所述第一电感（L1）的一端分别与输入电源的正极、第三开关管（S3）的源极连接，所述第一电感(L1)的另一端分别与第一二极管（D1）的阳极、第二二极管（D2）的阳极、第三开关管（S3）的漏极连接；

所述第一二极管（D1）的阴极分别与第二电感（L2）的一端、第一电容（C1）的一端、第二开关管（S2）的源极连接；

所述第二二极管（D2）的阴极分别与第二电感（L2）的另一端、第三二极管（D3）的阳极、第一开关管（S1）的漏极、第二开关管（S2）的漏极连接；

所述第三二极管（D3）的阴极分别与第二电容（C2）的一端、负载（R）的一端连接；所述第一电容（C1）的另一端分别与输入电源的负极、第一开关管（S1）的源极、第二电容（C2）的另一端、负载（R）的另一端连接。

2.根据权利要求1所述的一种伪连续工作的高增益升压型DC-DC变换器，其特征在于，所述第一开关管（S1）、第三开关管（S3）、第一二极管（D1）、第二二极管（D2）、第一电感（L1）及第一电容（C1）构成第一级Boost电路；所述第一开关管（S1）、第二开关管（S2）、第三二极管（D3）、第二电感（L2）、第一电容（C1）及第二电容（C2）构成第二级Boost电路。