CN206878702U - 一种基于倍压单元的高升压dc/dc变换器 - Google Patents
一种基于倍压单元的高升压dc/dc变换器 Download PDFInfo
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Abstract
一种基于倍压单元的高升压DC/DC变换器，其倍压单元的电容电压逐级升高，电容电压纹波对其增益的影响较低。该倍压单元由一个二极管和一个电容构成具有三个端口的单元，二极管的阳极端作为第一端口，电容一端与二极管的阴极的结点作为第二端口，电容的另一端作为第三端口。电路中每增加一个倍压单元，均可提高一倍增益，可以拓展到n倍的增益比，能够满足很多高升压场合。与现有的技术相比，本实用新型不存在隔离变压器、不存在耦合电感，开关和二极管的电流应力和电压应力也得到了降低，提高了变换器的整体工作效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种直流-直流变换器，具体是一种基于倍压单元的高升压DC/DC变换器。
背景技术
现有技术中，基本的升压型(Boost)交错并联变换器增益比小，其升压能力不够等问题使得该类变换器不足以胜任于输入输出电压比较大的应用场合，如光伏电池并网，电动汽车领域和燃料电池并网发电等。因此迫切需要研究一种具备高升压能力的DC/DC变换器也因此成为一个研究热点。目前，借助耦合电感和隔离变压器都可以实现高升压，但耦合电感存在着漏感、开关器件电压应力较高，电流纹波较大等问题，使得变换器效率降低。虽然针对耦合电感漏感问题提出过添加辅助电路或者元器件解决方案，但该类拓扑结构复杂且难于控制。而隔离变压器通过增加匝数比实现高升压，但变压器随着变比的增加其漏感和设计难度也会相应增大，而且损耗较高。另外，也有引入开关电容来实现高升压的变换器，但该类拓扑普遍存在开关器件多、电流应力较高、高损耗等缺点。同时现阶段也有很多利用倍压单元提高升压能力的拓扑，但该类拓扑受倍压单元电容电压纹波的影响较大，一方面也限制了其高增益。
发明内容
为解决现有技术中变换器升压比不高的问题，本实用新型提供一种基于倍压单元的高升压DC/DC变换器，其倍压单元的电容电压逐级升高，通过调整不同的倍压单元个数，可以实现不同的高升压能力和元器件电压应力的调节。
本实用新型采取的技术方案为：
一种基于倍压单元的高升压DC/DC变换器，该变换器包含2个输入相数，2个功率开关S1、S2和2个电感L1、L2，n个倍压单元，其中n个倍压单元包含n个电容Co、C1、C2...Cn-1， n个二极管Do、D1、D2...Dn-1。
所述倍压单元由一个二极管和一个电容构成具有三个端口的单元，二极管的阳极端作为第一端口，电容一端与二极管的阴极的结点作为第二端口，电容的另一端作为第三端口；
第一电感L1的输入端接输入电源的正极，第一电感L1的输出端依次连接第一倍压单元的第一端口、第2、4...n-2倍压单元的第三端口；第二电感L2的输入端接输入电源的正极，第二电感L2的输出端接第1、3...n-1倍压单元的第三端口。
n个倍压单元的连接关系为：第一倍压单元的第二端口接第二倍压单元的第一端口，第二倍压单元的第二端口接第三倍压单元的第一端口；以此类推到第n-1倍压单元的第二端口接第n倍压单元的第一端口，第n倍压单元的第二端口接负载RL的正极，负载RL的负极接输入电源的负极。
第一电感输出端和第一倍压单元的第一端口的结点与输入电源的负极之间接第一功率开关S1，第一功率开关S1源极接输入电源的负极，第一功率开关S1漏极与第一倍压单元的第一端口相连；第二电感输出端和第一倍压单元的第三端口的结点与输入电源的负极之间接第二功率开关S2，第二功率开关S2源极接输入电源的负极，第二功率开关S2漏极与第一倍压单元的第三端口相连。
2个功率开关S1、S2的栅极分别接各自的控制器，功率开关的驱动相位之间相差180°，即采用交错控制策略，两相之间开关驱动相位相差180°。
本实用新型一种基于倍压单元的高升压DC/DC变换器，技术效果如下：
1、本实用新型利用电压逐级升高的倍压单元电容来实现高升压能力，每增加一倍压单元数，均可提高原基础上1倍的基础增益，输出电压与输入电压的比值为：
其中D为占空比，m、n分别为输入相数与增益单元数。该变换器与现有技术相比，不存在耦合电感，不存在变压器，具有良好的应用前景。
2、该变换器可实现自动均流，相较于该类其他变换器存在的电感电流不可控，必须增加多个传感器和控制策略等问题，该变换器在开关占空比相同时，电感电流相等。
3、该变换器可以通过调节倍压单元的个数实现开关管和二极管电压应力的调节，在应用于不同场合时，可以灵活调节倍压单元的个数来实现所需增益比和元器件所能承受的电压应力的调节。
附图说明
图1是本实用新型电路原理总图。
图2是本实用新型电路含有4个倍压单元时的电路拓扑图。
图3是本实用新型电路倍压单元电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
如图2所示，一种4个倍压单元的DC/DC变换器，它包含2个输入相，4个倍压单元， 2个功率开关S1、S2，2个电感L1、L2，4个电容C0、C1、C2、C3，4个二极管D0、D1、 D2、D3；
其中：第一电感L1的输入端接输入电源的正极，输出端依次连接第一倍压单元的第一端口、第2倍压单元的第三端口；第二电感L2的输入端接输入电源的正极，输出端接第1、 3倍压单元的第三端口。
4个倍压单元的连接关系为：第一倍压单元的第二端口接第二倍压单元的第一端口，第二倍压单元的第二端口接第三倍压单元的第一端口，第三倍压单元的第二端口接第四倍压单元的第一端口，第四倍压单元的第二端口接负载RL的正极，负载RL的负极接输入电源的负极。
第一电感输出端和第一倍压单元的第一端口的结点与输入电源的负极之间接第一功率开关S1，第一功率开关S1源极接输入电源的负极，第一功率开关S1漏极与第一倍压单元的第一端口相连；第二电感输出端和第一倍压单元的第三端口的结点与输入电源的负极之间接第二功率开关S2，第二功率开关S2源极接输入电源的负极，第二功率开关S2漏极与第一倍压单元的第三端口相连。2个功率开关S1、S2的栅极分别接各自的控制器，功率开关的驱动相位之间相差180°，即采用交错控制策略，两相之间开关驱动相位相差180°。
根据功率开关状态的不同，可以将电路分为三种工作状态：
(1)、功率开关S1、S2均导通，此时输入电源通过功率开关S1、S2分别向电感L1、L2、充电；所有二极管均关断。
(2)、控制器控制功率开关S1关断，功率开关S2导通，此时低压电源通过电感L1、二极管D1、开关S2向电容C1充电，通过电容C2、二极管D3向电容C3充电，给C2放电；此时第二功率开关S2导通，低压电源通过功率开关S向电感L2充电；二极管D2、D0均关断。
(3)、控制器控制功率开关S2关断，功率开关S1导通，此时低压电源通过电感C1、二极管D2、开关S2向电容C2充电，给C1放电，通过电容C3和二极管D0向电容C0充电，给 C3放电，同时向负载RL供电；此时第一功率开关S1导通，低压电源通过功率开关S1向电感L1充电；二极管D1、D3均关断。
在本实用新型的具体实施方式中，使用的倍压单元中电容电压逐级升高，受电容电压纹波的影响较小，功率开关和二极管可根据系统中所需直流母线电压的大小，选择合适电压应力的开关器件。该变换器输入端可连接升压比较高的电压供电模块(光伏电池、燃料电池等)，输出电压可控，元器件电压应力可调。
综上所述，该电路拓扑结构简单，升压能力强，器件电压应力较低,易于控制，适合应用于一些输入输出电压差较大的场合。
实施范例仅仅是为了工作原理阐述简单而采用了具有四个倍压单元的高升压交错并联 DC/DC变换器，在实际的应用中，能够根据实际应用情况合理选择倍压单元的个数，已达到所需性能指标。
本实用新型的上述实施实例仅仅是为说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。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他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本实用新型的技术方案,所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。
Claims (2)
1.一种基于倍压单元的高升压DC/DC变换器，其特征在于：该变换器包含2个输入相数，2个功率开关S1、S2和2个电感L1、L2，n个倍压单元，其中n个倍压单元包含n个电容Co、C1、C2...Cn-1，n个二极管Do、D1、D2...Dn-1；
所述倍压单元由一个二极管和一个电容构成具有三个端口的单元，二极管的阳极端作为第一端口，电容一端与二极管的阴极的结点作为第二端口，电容的另一端作为第三端口；
第一电感 L1的输入端接输入电源的正极，第一电感 L1的输出端依次连接第一倍压单元的第一端口、第2、4...n-2倍压单元的第三端口；第二电感L2的输入端接输入电源的正极，第二电感L2的输出端接第1、3...n-1倍压单元的第三端口；
n个倍压单元的连接关系为：第一倍压单元的第二端口接第二倍压单元的第一端口，第二倍压单元的第二端口接第三倍压单元的第一端口；以此类推到第n-1倍压单元的第二端口接第n倍压单元的第一端口，第n倍压单元的第二端口接负载RL的正极，负载RL的负极接输入电源的负极；
第一电感输出端和第一倍压单元的第一端口的结点与输入电源的负极之间接第一功率开关S1，第一功率开关S1源极接输入电源的负极，第一功率开关S1漏极与第一倍压单元的第一端口相连；第二电感输出端和第一倍压单元的第三端口的结点与输入电源的负极之间接第二功率开关S2，第二功率开关S2源极接输入电源的负极，第二功率开关S2漏极与第一倍压单元的第三端口相连。
2.根据权利要求1所述一种基于倍压单元的高升压DC/DC变换器，其特征在于：2个功率开关 S1、S2的栅极分别接各自的控制器，功率开关的驱动相位之间相差 180°。
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| CN108599578A (zh) * | 2018-06-06 | 2018-09-28 | 宜昌格志科技有限公司 | 一种隔离型模块化带公共箝位电路的高升压dc/dc变换器 |
| CN110299836A (zh) * | 2019-04-29 | 2019-10-01 | 广东电网有限责任公司 | 一种基于增益单元的同步控制升压变换器 |
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