CN204290715U - Dc/dc升压变换模块和电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于电子技术领域，提供了一种DC/DC升压变换模块和电路，包括电感、开关管、二极管、电容和保护单元，输入电源的正极和输出的正极与保护单元的一端连接，保护单元的另一端与电容的一端及开关管的正极相连；电容的另一端连接输出的负极和二极管的阳极；电感的一端连接开关管的负极和二极管的阴极，另一端连接输入的负极。本实用新型提供的DC/DC升压变换模块和电路可在开关管短路失效时对电路和系统进行有效保护。

Description

DC/DC升压变换模块和电路

技术领域

本实用新型属于电子技术领域，尤其涉及一种DC/DC升压变换模块和电路。

背景技术

如图1所示，为另一种常规的DC/DC升压变换电路，该变换电路把保护单元安装在升压变换电路的输出端，起着输出短路保护的作用，可参考专利申请号为201310381249.7的名称为《一种升压恒流电源输出短路的保护电路》的描述。但该专利中的电路只对输出短路进行保护，而不能对电路中的半导体开关管T短路失效后做进一步的系统保护。

针对上述问题，如图2所示，发明人在其发明专利(专利申请号为201410310186.0)中提出了一种DC/DC升压变换模块及电路，可对电路中的半导体开关管T短路失效后做进一步的系统保护。

经过探索和实践，发明人设计了另一种DC/DC升压变换模块及电路，同样可实现对电路中的半导体开关管T短路失效后做进一步的系统保护。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的在于提供一种新的DC/DC升压变换模块和电路，以解决开关管失效时无法对电路进行保护的问题。

本实用新型实施例是这样实现的，一种DC/DC升压变换模块，包括电感、开关管、二极管、电容和保护单元，输入电源的正极和输出的正极与保护单元的一端连接，保护单元的另一端与电容的一端及开关管的正极相连；电容的另一端连接输出的负极和二极管的阳极；电感的一端连接开关管的负极和二极管的阴极，另一端连接输入的负极。

进一步地，所述开关管为MOS管，所述开关管的正极为MOS管的D极，所述开关管的负极为MOS管的S极。

进一步地，所述开关管为绝缘栅双极型晶体管IGBT，所述开关管的正极为IGBT的C极，所述开关管的负极为IGBT的E极。

进一步地，所述保护单元为自动保护器件。

进一步地，所述保护单元为开关器件。

进一步地，所述输入电源为至少一组光伏组件。

进一步地，所述输入电源为两组光伏组件。

本实用新型还提供一种DC/DC升压变换电路，所述装置包括至少两个DC/DC升压变换模块，所述DC/DC升压变换模块并联于输入电源和输出之间。

进一步地，所述DC/DC升压变换电路的输入电源为四组光伏组件。

本实用新型实施例提供了一种新的DC/DC升压变换模块和电路，把保护单元置于开关管和电容的正极汇合点处，并且把输入的正极接在保护单元与输出端正极之间。如此，正常工作时流过保护单元的电流If等于输入电流Iin减去输出电流Io，一旦开关管短路失效后，电流If等于Iin，大于正常工作时的Iin-Io电流，可以断开保护单元，对电路和系统起到保护作用。

附图说明

图1是现有带输出熔断保护的DC/DC升压变换电路的电路图；

图2是发明人在先申请专利中的DC/DC升压变换电路的电路图；

图3是本实用新型实施例1提供的DC/DC升压变换模块的电路图；

图4是本实用新型实施例1提供的DC/DC升压变换模块在开关管闭合时的电流走向图；

图5是本实用新型实施例1提供的DC/DC升压变换模块在开关管断开时的电流走向图；

图6是本实用新型实施例1提供的DC/DC升压变换模块在开关管短路失效时的电流走向图；

图7是本实用新型实施例1提供的DC/DC升压变换模块在两组光伏电池作为输入时的电路图；

图8是本实用新型实施例2提供的DC/DC升压变换模块在四组光伏电池作为输入时的电路图；

图9是本实用新型实施例3提供的DC/DC升压变换模块的电路图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

如图3所示，本实用新型实施例提出一种DC/DC升压变换模块，包括电感L2、开关管T2、二极管D2、电容C2和保护单元F2(本实施例中采用熔断器)，输入电源的正极和输出的正极与保护单元F2的一端连接，保护单元F2的另一端与电容C2的一端及开关管T2的正极相连；电容C2的另一端连接输出的负极和二极管D2的阳极；电感L2的一端连接开关管T2的负极和二极管D2的阴极，另一端连接输入的负极。上述开关管T2可以是MOS管或IGBT，开关管为MOS管时，正极为MOS管的D极，负极为MOS管的S极；开关管为绝缘栅双极型晶体管IGBT时，正极为IGBT的C极，负极为IGBT的E极。

如图4所示，当开关管T2闭合时，输入电压加在电感L2两端，输入电流Iin增大，该电流从输入电源Vin的正极依次流经熔断器F2、开关管T2和电感L2，并通过输入电源的负极返回到输入。同时二极管D2截止，电容C2放电，以维持负载R的供电，并使得输出电压Vo降低，该放电电流从电容C2的正极流出，通过输出的正极，依次流经熔断器F2、负载R到达输出的负极及电容C2的负极。在此阶段，流过熔断器F2的电流If包括两部分：一是电感L2的储能电流(即输入电流Iin)，另一个是电容C2的放电电流(即输出电流Io)，两个电流方向相反，使得实际电流If＝Iin-Io，比Iin更小。

如图5所示，当开关管T2断开时，电感L2的电流不能突变，通过二极管D2给电容C2和负载R供电。给电容C2供电的结果是使得输出电压Vo升高，输入电流Iin经过熔断器F2、电容C2、二极管D2、电感L2到达输入电源Vin的负极形成一回路。同时输入电流Lin从输入电源Vin的正极，经过输出的正极、负载R、输出的负极、二极管D2和电感L2，到达输入电源Vin的负极形成另一回路，实现负载R的供电。在此阶段，流过熔断器F2的电流If等于给电容C2充电的电流，该充电电流等于输入电流Iin，减去负载R电流(也是输出电流Io)，即实际电流If＝Iin-Io，比Iin更小。

综上分析，在上述开关管T2正常工作的阶段，经过熔断器F2的电流If都是等于输入电流Iin减去输出电流Io。根据功率平衡的原则，Io＝Vin*Iin/Vo，所以

If＝Iin-Iin*Vin/Vo＝Iin*(1-Vin/Vo)，

可以看出，如果不升压时，Vo＝Vin，If＝0；如果升压比为一倍，则Vo＝2Vin，If＝0.5Iin，即流过熔断器的电流只有输入电流的一半，电路可正常工作。

当开关管T2短路失效时，如图6所示，开关管T2一直处于导通状态，且电容C2无法给负载R供电，即Io为0，此时输入电流Iin从输入电源Vin的正极流经熔断器F2、开关管T2和电感L2，并通过输入电源的负极返回到输入，If＝Iin。所以根据正常运行时If＝Iin*(1-Vin/Vo)，故障时If＝Iin的现象，可以选取熔断器的额定电流小于Iin，那么就可以同时兼顾正常时的运行和开关管T2短路失效时的保护。

根据上述电路工作原理，具体到光伏产品，本实用新型实施例的DC/DC升压变换模块可使用至少一组光伏组件作为DC/DC升压变换模块的输入电源。如图7所示，DC/DC升压变换模块的输入电源为两组光伏组件PV1和PV2。光伏组件PV1和PV2经过各自的支路熔丝F6、F3、F7、F4汇合形成输入电压Vin。以PV1和PV2的标称额定电流为8.0A，标准光照短路电流9A为例，F6和F7选取10～15A的熔断器。PV1和PV2的最大开路电压600V，满载MPPT电压范围250～500V，设计DC/DC升压变换模块的输出电压Vo＝500V，同时在输入电压大于500V后，开关管T3停止工作，输出电压Vo＝Vin，If＝0。当输入电压等于250V时，If＝Iin*(1-Vin/Vo)＝0.5Iin＝0.5*8*2＝8A，当输入电压为250～500Vdc之间、输入电流为8A时，If为0～8A之间，即正常工作电流小于8A，考虑过载系数，F5可以选取10～12A的熔丝。这样在开关管T3出现故障导致短路时，如果光照比较弱，输入电流Iin小于16A，那么对于额定电流为16A的电抗、回路电缆都是没有风险，一旦光照变强，输入电流Iin大于16A后，10～12A的熔断器F5(小于输入电流Iin的16A)快速熔断，就可以防止烧坏电抗和电缆。

实施例2

如图8所示，该实施例还提出一种DC/DC升压变换电路，包括至少两个图3所示之DC/DC升压变换模块，所述至少两个DC/DC升压变换模块并联于输入电源和输出之间，也就是说，所有DC/DC升压变换模块的输入端并联至输入电源，所有DC/DC升压变换模块的输出端并联至输出。可使用四组光伏组件PV1、PV2、PV3和PV4，经过各自的支路熔丝汇合后形成输入电压Vin。以PV1、PV2、PV3和PV4的标称额定电流为8.0A，标准光照短路电流9A为例，F6和F7选取10～15A的熔断器。PV1和PV2的最大开路电压1000V，满载MPPT电压范围450～750V，假设DC/DC升压变换模块的输出电压Vo＝800V，同时在输入电压大于800V后，开关管T4、T5停止工作，输出电压Vo＝Vin，If1＝If2＝0。在输入电压等于450V时，If1＝If2＝0.5*Iin*(1-Vin/Vo)＝0.22Iin＝0.22*8*4＝7A，在输入电压为450～800Vdc之间、输入电流Iin为32A时，If为0～7A之间，即正常工作时通过熔断器F9、F10的电流小于7A，考虑过载系数，熔断器F9、F10可以选取10A的熔断器。这样在开关管T4或T5出现故障导致短路失败时，如果光照比较弱，输入电流Iin小于10A，那么对于额定电流为16A的电抗、回路电缆都是没有风险，一旦光照变强，输入短路电流大于13A后，10A的熔断器F9或F10快速熔断，防止烧坏电抗和电缆等。图8所示电路中由于存在两组独立的DC/DC电压变换模块，且一般情况下为开关管T4或者开关管T5中的一个短路失效，如此出现故障后，PV1、PV2、PV3和PV4四组组串的短路电流同时流入熔断器F9或者熔断器F10，对于10A的熔丝，只要每组PV支路的短路电流有3A以上就可以烧断，更容易防止故障的扩大化。

通过本实用新型实施例的改进常规DC/DC电压变换电路的输入和输出负极连接方法，使得正常工作时流经保护单元的电流只是输入输出差额电流，而故障模式时为全部输入电流，同时还可以防止二极管也损坏的情况下，输出电压的能量持续倒灌到DC/DC电压变换电路导致系统故障扩大。本实用新型实施例的DC/DC电压变换模块和电路使常规的DC/DC升压变换电路能够可靠地应用于光伏产品中时，避免当半导体开关管短路失效后，光伏组件的短路电流长期叠加在功率单元，导致故障扩大、甚至引起火灾等风险。

实施例3

如图9所示，为本实用新型的另一实施例。本实施例与实施例1不同的地方在于：实施例1中保护单元是采用自动保护器件(如熔断器、保险丝等)，而本实施例中是采用开关器件T6(如接触器、晶闸管SCR、IGBT、Mos管等)，在图9所示DC/DC电压变换模块中的开关管T3出现短路失效导致故障扩大后，会进一步导致过温或者烟雾等现象发生，可以根据这些故障现象断开开关器件T6，从而实现电路保护功能。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种DC/DC升压变换模块，其特征在于，包括电感、开关管、二极管、电容和保护单元，输入电源的正极和输出的正极与保护单元的一端连接，保护单元的另一端与电容的一端及开关管的正极相连；电容的另一端连接输出的负极和二极管的阳极；电感的一端连接开关管的负极和二极管的阴极，另一端连接输入的负极。

2.如权利要求1所述的DC/DC升压变换模块，其特征在于，所述开关管为MOS管，所述开关管的正极为MOS管的D极，所述开关管的负极为MOS管的S极。

3.如权利要求1所述的DC/DC升压变换模块，其特征在于，所述开关管为绝缘栅双极型晶体管IGBT，所述开关管的正极为IGBT的C极，所述开关管的负极为IGBT的E极。

4.如权利要求1所述的DC/DC升压变换模块，其特征在于，所述保护单元为自动保护器件。

5.如权利要求1所述的DC/DC升压变换模块，其特征在于，所述保护单元为开关器件。

6.如权利要求1所述的DC/DC升压变换模块，其特征在于，所述输入电源为至少一组光伏组件。

7.如权利要求6所述的DC/DC升压变换模块，其特征在于，所述输入电源为两组光伏组件。

8.一种DC/DC升压变换电路，其特征在于，所述装置包括至少两个如权利要求1至7任一项所述的DC/DC升压变换模块，所述至少两个DC/DC升压变换模块并联在输入电源和输出之间。

9.如权利要求8所述的DC/DC升压变换电路，其特征在于，所述DC/DC升压变换电路的输入电源为四组光伏组件。