CN203434868U

CN203434868U - 一种高增益Boost电路

Info

Publication number: CN203434868U
Application number: CN201320445032.3U
Authority: CN
Inventors: 张波; 张桂东
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2013-07-24
Filing date: 2013-07-24
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2023-07-24

Abstract

本实用新型公开了一种高增益Boost电路，包括变压器（T₁）、开关管（Q₁）、第一二极管（D₁）、第二二极管（D₂）、第三二极管（D₃）、第一储能电容（C₁）、第二储能电容（C₂）及负载（R）；所述变压器（T₁）的第一次级绕组（W₂₁）、第二次级绕组（W₂₂）、第二二极管（D₂）和第三二极管（D₃）构成变压器升压模块（1）；所述变压器（T₁）的初级绕组（W₁）、开关管（Q₁）、第一二极管（D₁）和第一储能电容（C₁）构成Boost电路模块（2）；所述第二储能电容（C₂）和负载（R）构成输出模块。本实用新型解决了由于开关管数目增多，导致系统的稳定性下降的问题。

Description

一种高增益Boost电路

技术领域

本实用新型涉及电力电子电路技术领域，具体涉及一种高增益Boost电路。

背景技术

随着生活和工业的发展，对电力电子电路的要求也日益苛刻。传统的Boost电路已经无法满足工业的需要，工业上需要更高增益的升压电路。传统的方法是通过多个Boost环节电路来级联升压，该方法成本较高，且由于开关管数目的增多，导致系统的稳定性下降，若其中一个环节崩溃，整个系统将会崩溃。

实用新型内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本实用新型提供一种高增益Boost电路，适用于需要高增益的电力电子电路中。

本实用新型采用的技术方案：

一种高增益Boost电路，包括变压器T₁、开关管Q₁、第一二极管D₁、第二二极管D₂、第三二极管D₃、第一储能电容C₁、第二储能电容C₂及负载R；

所述变压器T₁的第一次级绕组W₂₁、第二次级绕组W₂₂、第二二极管D₂和第三二极管D₃构成变压器升压模块1；

所述变压器T₁的初级绕组W₁、开关管Q₁、第一二极管D₁和第一储能电容C₁构成Boost电路模块2；

所述第二储能电容C₂和负载R构成输出模块。

所述变压器T₁的初级绕组W₁的同名端与直流电源V_d的正极连接；

所述变压器T₁的初级绕组W₁的异名端、第一二极管D₁的阳极和开关管Q₁的源极连接于一点；

第一二极管D₁的阴极、第一储能电容C₁的一端、变压器T₁的第一次级绕组W₂₁的异名端和变压器T₁的第二次级绕组W₂₂的同名端连接于一点；

变压器T₁的第一次级绕组W₂₁的同名端和第二二极管D₂的阳极连接于一点；

变压器T₁的第二次级绕组W₂₂的异名端和第三二极管D₃的阳极连接于一点；

第二二极管D₂的阴极、第三二极管D₃的阴极、第二储能电容C₂的一端和负载R的一端连接于一点；

第二储能电容C2的另一端、负载R的另一端、第一储能电容C1的另一端和开关管Q1的漏极与直流电源Vd的负极连接于一点。

所述变压器T₁的初级绕组W₁为升压电感，用于将变压器的第一次级绕组W₂₁和第二次级绕组W₂₂的输出叠加于第一储能电容C₁上。

本实用新型的有益效果：

（1）本实用新型适用于高增益Boost电路电源；

（2）本实用新型只需要一个开关管得到较高的Boost升压效果，解决了传统方法中通过多个Boost环节电路来级联升压，由于开关管数目增多，导致系统的稳定性下降的问题。

附图说明

图1是本实用新型一种高增益Boost电路结构图；

图2（a）～图2（d）是图1所述电路在占空比D小于0.5和大于0.5两种情况下的工作过程图，其中，图2（a）是D小于0.5的情况下，开关管Q₁导通，此时二极管D₂导通，二极管D₁和二极管D₃处于关断状态时的电路工作图；图2（b）是D小于0.5的情况下，开关管Q₁关断，此时二极管D₁导通，二极管D₂和二极管D₃处于关断状态的电路工作图；图2（c）是D大于0.5的情况下，开关管Q₁导通，此时二极管D₁导通，二极管D₂和二极管D₃处于关断状态的电路工作图；图2（d）是D大于0.5的情况下，开关管Q₁关断，此时二极管D₃导通，二极管D₁和二极管D₂处于关断状态电路工作图；

图3是图1中开关管的驱动波形图及其对应的输出波形图。

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，一种高增益Boost电路，包括变压器T₁、开关管Q₁、第一二极管D₁、第二二极管D₂、第三二极管D₃、第一储能电容C₁、第二储能电容C₂及负载R；

所述第二储能电容C₂和负载R构成输出模块。

具体连接：

所述直流电源V_d的正极与变压器T₁的初级绕组W₁的同名端连接；

第二储能电容C2的另一端、负载R的另一端、第一储能电容C1的另一端和开关管Q1的漏极与电源Vd的负极连接于一点。

本实用新型变压器升压模块，与传统Boost电路模块的电压值叠加，将能量输送给输出模块。

所述变压器T₁的初级绕组W₁为升压电感，用于将变压器的第一次级绕组W₂₁和第二次级绕组W₂₂的输出叠加于第一储能电容C₁上，起到高增益Boost电路的效果。

整个电路在传统的Boost电路的基础上，增加了一个升压变压器也就是变压器T1，且升压变压器的初次绕组W₁也同时作为Boost电路的升压电感。整个电路只使用一个开关管，且开关管的电压应力较低，通过此方法可以得到较高增益的Boost电路。

如图2（a）～图2（d）所示，本实用新型电路在占空比D小于0.5和大于0.5两种情况下的工作过程图。

在占空比D小于0.5的情况下：

阶段1，如图2(a)：开关管Q₁导通，此时二极管D₂导通，二极管D₁和二极管D₃处于关断状态，变压器T₁的次级绕组W₂₁和电容C₁给电容C₂进行充电，W₂₁和C₁释放能量。

阶段2，如图2(b)：开关管Q₁关断，此时二极管D₁导通，二极管D₂和二极管D₃处于关断状态，C₂释放能量给负载。

在占空比D大于0.5的情况下：

阶段1，如图2(c)：开关管Q₁导通，此时二极管D₁导通，二极管D₂和二极管D₃处于关断状态，C₂释放能量给负载。

阶段2，如图2(d)：开关管Q₁关断，此时二极管D₃导通，二极管D₁和二极管D₂处于关断状态，变压器T₁的次级绕组W₂₂和电容C₁给电容C₂进行充电，W₂₂和C₁释放能量。

综上两种情况，

设开关管占空比为D，变压器原边与副边的变比为：1∶N∶N。在一个周期内，输出电压为U_o。根据电感伏秒数守恒原理，得出以下的电压增益推导过程。

开关管Q₁导通期间，所述变压器T₁的初级绕组W₁的电压等于输入电压V_d，导通时间为DT，T为开关周期；开关管Q₁关断期间，所述变压器T₁的初级绕组W₁的电压等于输入电压U_o-NV_d-V_d，导通时间为T-DT。由以上分析，并根据W₁上电感伏秒数守恒关系可得：

V_dD=(1-D)(U_o-NV_d-V_d)

由上是化简可得到增益公式为：

M = N + \frac{1}{1 - D}

显然对比传统的Boost电路增益有显著的提高。

本实用新型波形如图3所示，图上方的波形图为开关管的驱动波形图，图下方的波形图为输出电压的波形图，其中V_C1为本实用新型的电容C₁的输出电压，等于传统Boost电路的输出电压，本实用新型在负载端输出电压比传统Boost电路增加了NV_d。

本实用新型解决了传统Boost电路的增益限制问题。

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

1.一种高增益Boost电路，其特征在于，包括变压器（T₁）、开关管（Q₁）、第一二极管（D₁）、第二二极管（D₂）、第三二极管（D₃）、第一储能电容（C₁）、第二储能电容（C₂）及负载（R）；

所述变压器（T₁）的第一次级绕组（W₂₁）、第二次级绕组（W₂₂）、第二二极管（D₂）和第三二极管（D₃）构成变压器升压模块（1）；

所述变压器（T₁）的初级绕组（W₁）、开关管（Q₁）、第一二极管（D₁）和第一储能电容（C₁）构成Boost电路模块（2）；

所述第二储能电容（C₂）和负载（R）构成输出模块；

所述变压器（T₁）的初级绕组（W₁）的同名端与直流电源（V_d）的正极连接；

所述变压器（T₁）的初级绕组（W₁）的异名端、第一二极管（D₁）的阳极和开关管（Q₁）的源极连接于一点；

第一二极管（D₁）的阴极、第一储能电容（C₁）的一端、变压器（T₁）的第一次级绕组（W₂₁）的异名端和变压器（T₁）的第二次级绕组（W₂₂）的同名端连接于一点；

变压器（T₁）的第一次级绕组（W₂₁）的同名端和第二二极管（D₂）的阳极连接于一点；

变压器（T₁）的第二次级绕组（W₂₂）的异名端和第三二极管（D₃）的阳极连接于一点；

第二二极管（D₂）的阴极、第三二极管（D₃）的阴极、第二储能电容（C₂）的一端和负载（R）的一端连接于一点；

第二储能电容（C2）的另一端、负载（R）的另一端、第一储能电容（C1）的另一端和开关管（Q1）的漏极与直流电源（Vd）的负极连接于一点。

2.根据权利要求1所述的一种高增益Boost电路，其特征在于，所述变压器（T₁）的初级绕组（W₁）为升压电感。