CN204947896U - 一种带开关电感的耦合电感boost升压变换装置 - Google Patents
一种带开关电感的耦合电感boost升压变换装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN204947896U CN204947896U CN201520743450.XU CN201520743450U CN204947896U CN 204947896 U CN204947896 U CN 204947896U CN 201520743450 U CN201520743450 U CN 201520743450U CN 204947896 U CN204947896 U CN 204947896U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- diode
- winding
- negative pole
- positive pole
- power supply
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
本实用新型涉及一种带开关电感的耦合电感boost升压变换装置，第一二极管的正极与直流电源的正极相连，负极与第一绕组的输入端相连；第二绕组与直流电源的正极和第三二极管的正极相连，第三二极管的负极与第一绕组的输出端、功率开关管的漏极和第三绕组的输入端相连，功率开关管的源极与直流电源的负极相连；第二二极管的负极与第一二极管的负极相连，正极与第三二极管的正极相连，第三绕组的输出端与第四二极管的正极相连，第四二极管的负极与电容器的正极相连，电容器的负极与直流电源的负极相连，负载电阻的两端与电容器的正极和负极相连，其结构简单合理，原理可靠，使用安全，环境友好，操作方便，功率密度高。
Description
技术领域：
本实用新型属于直流与直流变换设备技术领域，涉及一种新型高升压增益直流-直流变换器，特别是一种带开关电感的耦合电感boost升压变换装置。
背景技术：
直流-直流变换器是将直流电先逆变(升压或降压)成交流电，然后再整流变换成另一种直流电压的直流变换装置，常用的直流-直流变换设备一般是由直流-直流变换模块、监控模块以及与之配套的用户接口板和直流配电单元等组成的一个完整的电源系统。目前，直流-直流变换器因其结构简单、效率高而作为一种基本变换器广泛应用于工业仪器仪表、办公自动化、医疗设备、军事、航天等领域，而传统的DC-DC升压变换器(如Boost电路)因其拓扑结构的局限性，使其在实际高升压增益场合中，导产生极限占空比的情况，电路工作效率明显降低，极限占空比易导致开关管电压应力过高，加大电路损耗并产生严重电磁干扰，降低电路工作的可靠性，这些问题大大影响了变换器的工作质量，并限制其应用范围，例如，中国专利201520281880.4公开的共地的高增益Z源升压变换器，中国专利201510309544.0公开的直流-直流升压系统，中国专利201510035347.4公开的DC-DC转换器等等。因此，迫切需要寻求一种结构简单，功率密度高，具有高效、高升压范围的DC-DC升压变换装置。
发明内容：
本实用新型的发明目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种带开关电感的耦合电感boost升压变换器，用于DC-DC升压变换场合，克服传统升压变换器升压能力不足的缺点，在较小占空比下，得到较高的电压增益，实现较高的功率密度，同时降低系统成本和故障率。
为了实现上述目的，本实用新型的主体结构包括直流电源、第一绕组、第二绕组、第三绕组、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、功率开关管、电容器和负载电阻，第一绕组、第二绕组、第一二极管、第二二极管和第三二极管组成开关电感升压模块，开关电感升压模块与第四二极管、第三绕组共同组成耦合电感升压模块，第一绕组、第二绕组与第三绕组的匝数比为1：1：n，n值的大小由升压倍数确定，第一绕组、第二绕组与第三绕组互为同名端，第一二极管的正极与直流电源的正极相连，第一二极管的负极与第一绕组的输入端相连，第二绕组分别与直流电源的正极和第三二极管的正极相连，第三二极管的负极分别与第一绕组的输出端、功率开关管的漏极和第三绕组的输入端相连，功率开关管的源极与直流电源的负极相连；第二二极管的负极与第一二极管的负极相连，正极与第三二极管的正极相连，第三绕组的输出端与第四二极管的正极相连，第四二极管的负极与电容器的正极相连，电容器的负极与直流电源的负极相连，负载电阻的两端分别与电容器的正极和负极相连，功率开关管接受外部设备提供的开关信号。
本实用新型的工作原理为：利用由第一绕组、第二绕组、第一二极管、第二二极管和第三二极管组成的开关电感升压模块代替耦合boost电路中耦合电感的初级侧，通过反向箝位第一二极管、第二二极管和第三二极管实现第一绕组和第二绕组的串并联，并与第四二极管、第三绕组共同组成耦合电感升压模块，实现高电压增益输出；该升压变换装置有两种工作模式,第一种工作模式为功率开关管导通且第一绕组和第二绕组并联储存能量的能量转换模式，在该模式下直流电源经第一二极管、第三二极管分别给第一绕组、第二绕组储存能量，经磁耦合后将能量传递至第三绕组储存能量，第一二极管和第三二极管D2正向导通，第二二极管和第四二极管反向关断，电容器为负载电阻供给能量，满足VL1＝VL2＝Vi、VL3＝nVi，其中VL1、VL2、VL3分别为第一绕组、第二绕组、第三绕组的绕组电压，n为第三绕组与第一绕组匝比；第二种模式为功率开关管关断且第一绕组、第二绕组串联释放能量的能量转换模式，在该模式下功率开关管关断，第一二极管和第三二极管反向关断，使第一绕组、第二绕组的电压箝位在直流电源，第二二极管和第四二极管正向导通，直流电源与第一绕组、第二绕组以及第三绕组形成回路为负载电阻提供能量，并为电容器充电，满足VC＝Vi+VL1+VL2+VL3，其中VC为电容器两端电压；利用第一绕组、第二绕组的电感伏秒平衡法则，得到输出电压Vo＝(1+D+nD)Vi/(1-D)＝BVi，其中Vo为输出电压；B为该变换器输入输出电压增益；D为开关管的导通占空比。
本实用新型与现有DC-DC升压变换技术相比，引入开关电感代替boost电路中的储能电感，通过开关电感中的第一绕组和第二绕组串并联的结构使变换器在较小占空比时实现高升压增益，电压增益能够通过耦合电感匝比与开关管导通占空比进行双自由度调节，避免电路出现极限占空比的情况，降低开关管电压应力，减小电磁干扰，增加电路工作的可靠性；其电路整体结构设计简单合理，电学原理可靠，使用安全，环境友好，操作方便，功率密度高，具有较大的应用潜力。
附图说明：
图1为本实用新型的主体结构电学原理示意图。
具体实施方式：
下面通过附图并结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。
实施例：
本实施例的电学原理结构示意图如图1所示，主体结构包括直流电源Vi、第一绕组L1、第二绕组L2、第三绕组L3、第一二极管D1、第二二极管D12、第三二极管D2、第四二极管D3、功率开关管S、电容器C和负载电阻RL，第一绕组L1、第二绕组L2、第一二极管D1、第二二极管D12和第三二极管D2组成的开关电感升压模块，开关电感升压模块与第四二极管D3、第三绕组L3共同组成耦合电感升压模块，第一绕组L1、第二绕组L2及第三绕组L3的匝数比为1：1：n，n值大小由升压倍数确定，第一绕组L1、第二绕组L2与第三绕组L3互为同名端，第一二极管D1的正极与直流电源Vi的正极相连，第一二极管D1的负极与第一绕组L1的输入端相连，第二绕组L2分别与直流电源Vi的正极和第三二极管D2的正极相连，第三二极管D2的负极分别与第一绕组L1的输出端和功率开关管S的漏极、第三绕组L3的输入端相连，功率开关管S的源极和直流电源Vi的负极相连；第二二极管D12的负极与第一二极管D1的负极相连，正极与第三二极管D2的正极相连，第三绕组L3的输出端与第四二极管D3的正极相连，第四二极管D3的负极与电容器C的正极相连，电容器C的负极和直流电源Vi的负极相连，负载电阻RL的两端分别与电容器C的正极和负极相连，功率开关管S接受外部设备提供的开关信号。
本实施例的工作原理为：利用由第一绕组L1、第二绕组L2、第一二极管D1、第二二极管D12和第三二极管D2组成的开关电感升压模块代替耦合boost电路中耦合电感的初级侧，通过反向箝位第一二极管D1、第二二极管D12和第三二极管D2实现第一绕组L1和第二绕组L2的串并联，并与第四二极管D3、第三绕组L3共同组成耦合电感升压模块，实现高电压增益输出。该升压变换装置有两种工作模式,第一种工作模式为功率开关管S导通且第一绕组L1和第二绕组L2并联储存能量的能量转换模式，在该模式下直流电源Vi经第一二极管D1、第三二极管D2分别给第一绕组L1、第二绕组L2储存能量，经磁耦合后将能量传递至第三绕组L3储存能量，第一二极管D1和第三二极管D2正向导通，第二二极管D12和第四二极管D3反向关断，电容器C为负载电阻RL供给能量，满足VL1＝VL2＝Vi、VL3＝nVi，其中VL1、VL2、VL3分别为第一绕组L1、第二绕组L2、第三绕组L3绕组电压，n为第三绕组与第一绕组匝比；第二种模式为功率开关管S关断且第一绕组L1、第二绕组L2串联释放能量的能量转换模式，在该模式下功率开关管S关断，第一二极管D1和第三二极管D2反向关断，使第一绕组L1、第二绕组L2的电压箝位在直流电源Vi，第二二极管D12和第四二极管D3正向导通，直流电源Vi与第一绕组L1、第二绕组L2以及第三绕组L3形成回路为负载RL提供能量，并为电容器C充电，满足VC＝Vi+VL1+VL2+VL3，其中VC为电容器C两端电压；利用第一绕组L1、第二绕组L2的电感伏秒平衡法则，得输出电压Vo＝(1+D+nD)Vi/(1-D)＝BVi，其中Vo为输出电压；B为该变换器输入输出电压增益；D为开关管S导通占空比。
本实施例所述电感伏秒平衡法则为电力电子领域一个较为普遍的定理法则，该法则在《精通开关电源》一书27页有详细介绍。
本实施例涉及的变换器在实际电路设备中应用效果优良，各项指标参数均符合设计目的要求，完全实现了设计任务，达到了本实施例的目的。
Claims (1)
1.一种带开关电感的耦合电感boost升压变换装置，其特征在于主体结构包括直流电源、第一绕组、第二绕组、第三绕组、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、功率开关管、电容器和负载电阻，第一绕组、第二绕组、第一二极管、第二二极管和第三二极管组成开关电感升压模块，开关电感升压模块与第四二极管、第三绕组共同组成耦合电感升压模块，第一绕组、第二绕组与第三绕组的匝数比为1：1：n，n值的大小由升压倍数确定，第一绕组、第二绕组与第三绕组互为同名端，第一二极管的正极与直流电源的正极相连，第一二极管的负极与第一绕组的输入端相连，第二绕组分别与直流电源的正极和第三二极管的正极相连，第三二极管的负极分别与第一绕组的输出端、功率开关管的漏极和第三绕组的输入端相连，功率开关管的源极与直流电源的负极相连；第二二极管的负极与第一二极管的负极相连，正极与第三二极管的正极相连，第三绕组的输出端与第四二极管的正极相连，第四二极管的负极与电容器的正极相连，电容器的负极与直流电源的负极相连，负载电阻的两端分别与电容器的正极和负极相连。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201520743450.XU CN204947896U (zh) | 2015-09-23 | 2015-09-23 | 一种带开关电感的耦合电感boost升压变换装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201520743450.XU CN204947896U (zh) | 2015-09-23 | 2015-09-23 | 一种带开关电感的耦合电感boost升压变换装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN204947896U true CN204947896U (zh) | 2016-01-06 |
Family
ID=55015283
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201520743450.XU Expired - Fee Related CN204947896U (zh) | 2015-09-23 | 2015-09-23 | 一种带开关电感的耦合电感boost升压变换装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN204947896U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105119487A (zh) * | 2015-09-23 | 2015-12-02 | 青岛理工大学 | 一种带开关电感的耦合电感boost升压变换装置 |
| CN108322044A (zh) * | 2018-01-26 | 2018-07-24 | 中国矿业大学 | 一种基于反激磁耦合的Boost升压电路 |
-
2015
- 2015-09-23 CN CN201520743450.XU patent/CN204947896U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105119487A (zh) * | 2015-09-23 | 2015-12-02 | 青岛理工大学 | 一种带开关电感的耦合电感boost升压变换装置 |
| CN108322044A (zh) * | 2018-01-26 | 2018-07-24 | 中国矿业大学 | 一种基于反激磁耦合的Boost升压电路 |
| CN108322044B (zh) * | 2018-01-26 | 2019-11-08 | 中国矿业大学 | 一种基于反激磁耦合的Boost升压电路 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105119487A (zh) | 一种带开关电感的耦合电感boost升压变换装置 | |
| CN102832809B (zh) | 电感调节开关电容式无源箝位软开关高增益升压型变换器 | |
| CN103490628B (zh) | 一种单相高增益升压变换器 | |
| CN103762873B (zh) | 基于Boost变换器的高频隔离式三电平逆变器 | |
| CN105471253A (zh) | T型耦合电感网络升压变换器 | |
| CN203859682U (zh) | 低输入电流纹波单开关高增益变换器 | |
| CN105391287A (zh) | 基于双耦合电感和单开关的零输入电流纹波高增益变换器 | |
| CN103780115A (zh) | 基于反激变换器的高频隔离式三电平逆变器 | |
| CN103560666A (zh) | 具有低纹波的四开关升降压变换器及其控制方法 | |
| CN204046455U (zh) | 反激高频隔离式三电平逆变器 | |
| CN105939107A (zh) | 一种混合型准开关升压dc-dc变换器 | |
| CN103391001A (zh) | 用于光伏逆变器mppt环节的高增益dcdc变换器 | |
| CN105406751A (zh) | 具有高升压比能力的三绕组耦合电感型z源逆变器电路 | |
| CN104065289A (zh) | 反激高频隔离式三电平逆变器 | |
| CN103259402A (zh) | 一种基于对称结构的开关电容倍压型直流源 | |
| CN204947896U (zh) | 一种带开关电感的耦合电感boost升压变换装置 | |
| CN203434865U (zh) | 一种单相高增益升压变换器 | |
| CN203590033U (zh) | 用于光伏逆变器mppt环节的高增益dc/dc变换器 | |
| CN103208925B (zh) | 一种隔离型dc-dc变换器拓扑电路 | |
| CN103944384A (zh) | 耦合电感高增益有源网络升压变换器 | |
| CN103944399A (zh) | 低输入电流纹波单开关高增益变换器 | |
| CN203608084U (zh) | 具有低纹波的四开关升降压变换器 | |
| CN103312172A (zh) | 一种直流转换电路及隔离变换器 | |
| CN203339952U (zh) | 一种开关电容式交流-交流变换器 | |
| CN207039460U (zh) | 一种双管正激型z源直流电压变换器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160106 Termination date: 20180923 |