CN209184488U - 一种具备高增益升压能力的Buck-Boost DC-DC变换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种具备高增益升压能力的Buck‑Boost DC‑DC变换器。所提变换器由基本Buck‑Boost变换器和若干个增益单元组成。所提增益单元由一个电感、两个电容及一个二极管所构成，通过调节所提增益单元的个数即可实现对Buck‑Boost变换器输入输出增益及开关电压应力的调节。所提变换器控制及驱动电路简单、输入输出电压调节范围宽、开关器件电压应力低等优势，较适合于同时需要高增益升压变换和降压变换的这类输入输出电压变化范围较大的应用场合。

Description

一种具备高增益升压能力的Buck-Boost DC-DC变换器

技术领域

本实用新型涉及一种即可实现降压，也可实现高增益升压的DC/DC变换器，具体是一种具备高增益升压能力的Buck-Boost DC-DC变换器。

背景技术

Buck-Boost DC-DC变换器因可同时对输入电压实现升降压，且开关器件少等优势在工业应用中得到了广泛应用。但因电路和元器件寄生参数的影响，其升压能力受到了较大的限制，这使得传统Buck-Boost变换器仅适用于输入输出增益不高的场合中，目前具备高增益升压能力的方案多基于Boost变换器而构建，这些方案虽可实现高增益升压能力，但多不能同时实现降压变换，在既需要降压又需要高增益升压的场合中难以适用，因此构建即可实现降压，也可实现高增益升压的新型Buck-Boost变换器具有重要意义。

发明内容

为解决现有Buck-Boost DC-DC变换器中所存在的输入输出增益低的问题，本实用新型基于基本Buck-Boost电路提出一种具备高增益升压能力的Buck-Boost DC-DC变换器。

本实用新型采取的技术方案为：

一种具备高增益升压能力的Buck-Boost DC-DC变换器，该变换器包含一个直流输入源，一个负载R_L，一个基本Buck-Boost变换器，n个增益单元。其中：

基本Buck-Boost变换器包含一个电感L₁，一个电容C₁，一个功率开关S₁，一个二极管D₁。其连接形式如下：开关S₁的漏极接输入电源的正极，源极连接电感L₁的上端以及二极管D₁的阴极，二极管D₁的阳极与电容C₁的上端相连，电感L₁的下端以及电容C₁的下端与输入电源的负极相连。

n个增益单元的元器件和内部连接形式均相同，以第i个增益单元为例说明，其含有：一个电感L_i1，一个二极管D_i1，两个电容C_i1、C_i2。其中电容C_i1的右端与电感L_i1的上端以及二极管D_i1的阴极相连，二极管D_i1的阳极与电容C_i2的上端相连。

各个增益单元之间的连接形式如下(1<i≤n)：第i-1个增益单元中电容C_(i-1)1的右端、电感L_(i-1)1的上端以及二极管D_(i-1)1的阴极相连的交点与第i个增益单元中电容C_i1的左端相连，第i-1个增益单元中二极管D_(i-1)1的阳极与电容C_(i-1)2的上端相连的交点与第i个增益单元中电感L_i1的下端相连，第i-1个增益单元中电容C_(i-1)2的下端与第i个增益单元中电容C_i2的下端以及输入电源的负极相连。

第1个增益单元与基本Buck-Boost变换器之间的连接关系如下：基本Buck-Boost变换器中开关S₁的源极与电感L₁的上端以及二极管D₁的阴极相连的交点与第1个增益单元中电容C₁₁的左端相连，基本Buck-Boost变换器中二极管D₁的阳极与电容C₁的上端相连的交点与第1个增益单元中电感L₁₁的下端相连。

负载R_L的两端与第n个增益单元中电容C_n2的两端相连。

功率开关S₁的栅极接其控制器，其占空比可以在0至1之间变化。

本实用新型一种具备高增益升压能力的Buck-Boost DC-DC变换器，技术效果如下：

1、输入输出增益高且可通过所提增益单元的数量进行调节，开关电压应力低。其中(电感L₁的电流连续导通条件下)：

输出电压与输入电压的比值为：

开关管电压应力为：

其中D为占空比，u_in为输入电压，u_o为输出电压，u_s为功率开关电压应力，n为增益单元数量。

2、仅含有1个功率开关，控制策略及驱动电路简单。

附图说明

图1是本实用新型电路原理图。

图2是本实用新型增益单元数为1时的电路拓扑图。

图3是基本Buck-Boost变换器的电路拓扑图。

图4是本实用新型增益单元数为1时的输入输出增益与传统Buck-Boost变换器的输入输出增益对比图。

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：

一种具备高增益升压能力的Buck-Boost DC-DC变换器，该变换器包含一个直流输入源，一个负载R_L，一个基本Buck-Boost变换器，一个增益单元。其中：

基本Buck-Boost变换器包含一个电感L₁，一个电容C₁，一个功率开关S₁，一个二极管D₁。其连接形式如下：开关S₁的漏极接输入电源的正极，源极连接电感L₁的上端以及二极管D₁的阴极，二极管D₁的阳极与电容C₁的上端相连，电感L₁的下端以及电容C₁的下端与输入电源的负极相连。

增益单元含有：一个电感L₁₁，一个二极管D₁₁，两个电容C₁₁、C₁₂。其中电容C₁₁的右端与电感L₁₁的上端以及二极管D₁₁的阴极相连，二极管D₁₁的阳极与电容C₁₂的上端相连，电容C₁₂的下端与输入电源的负极相连

增益单元与基本Buck-Boost变换器之间的连接关系如下：基本Buck-Boost变换器中开关S₁的源极与电感L₁的上端以及二极管D₁的阴极相连的交点与增益单元中电容C₁₁的左端相连，基本Buck-Boost变换器中二极管D₁的阳极与电容C₁的上端相连的交点与增益单元中电感L₁₁的下端相连。

负载R_L的两端与增益单元中电容C₁₂的两端相连。

所述功率开关S₁的栅极接其控制器，其占空比可以在0至1之间变化。

在电感L₁的电流连续导通时，根据功率开关状态的不同，可以将电路分为2种工作状态：

(1)功率开关S₁导通，二极管D₁、D₁₁均关断，此时电感L₁、L₁₁、电容C₁₁充电，电容C₁、C₁₂放电；电感L₁、L₁₁端电压如下式所示：

(2)功率开关S₁关断，二极管D₁、D₁₁均导通，此时电感L₁、L₁₁、电容C₁₁放电，电容C₁、C₁₂充电；电感L₁、L₁₁端电压如下式所示：

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 (1)

1.一种具备高增益升压能力的Buck-Boost DC-DC变换器，其特征在于：该变换器包含一个直流输入源，一个负载R_L，一个基本Buck-Boost变换器，n个增益单元；其中：

基本Buck-Boost变换器包含一个电感L₁，一个电容C₁，一个功率开关S₁，一个二极管D₁；其连接形式如下：开关S₁的漏极接输入电源的正极，源极连接电感L₁的上端以及二极管D₁的阴极，二极管D₁的阳极与电容C₁的上端相连，电感L₁的下端以及电容C₁的下端与输入电源的负极相连；

n个增益单元的元器件和内部连接形式均相同，以第i个增益单元为例说明，其含有：一个电感L_i1，一个二极管D_i1，两个电容C_i1、C_i2；其中电容C_i1的右端与电感L_i1的上端以及二极管D_i1的阴极相连，二极管D_i1的阳极与电容C_i2的上端相连；

各个增益单元之间的连接形式如下,1<i≤n：第i-1个增益单元中电容C_(i-1)1的右端、电感L_(i-1)1的上端以及二极管D_(i-1)1的阴极相连的交点与第i个增益单元中电容C_i1的左端相连，第i-1个增益单元中二极管D_(i-1)1的阳极与电容C_(i-1)2的上端相连的交点与第i个增益单元中电感L_i1的下端相连，第i-1个增益单元中电容C_(i-1)2的下端与第i个增益单元中电容C_i2的下端以及输入电源的负极相连；

第1个增益单元与基本Buck-Boost变换器之间的连接关系如下：基本Buck-Boost变换器中开关S₁的源极与电感L₁的上端以及二极管D₁的阴极相连的交点与第1个增益单元中电容C₁₁的左端相连，基本Buck-Boost变换器中二极管D₁的阳极与电容C₁的上端相连的交点与第1个增益单元中电感L₁₁的下端相连；

负载R_L的两端与第n个增益单元中电容C_n2的两端相连。