CN215990577U - 带耦合电感的交错boost升压电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种带耦合电感的交错BOOST升压电路，第一路BOOST升压电路和第二路BOOST升压电路分别跨接于输入电源BT1和供电电容C1之间，第一路BOOST升压电路的第一电感绕组L1‑A和第二电感绕组L1‑B绕设于同一根铁芯上，第二路BOOST升压电路的第三电感绕组L2‑A和第四电感绕组L2‑B绕设于同一根铁芯上；第一路BOOST升压电路的第一功率开关管Q1的基极与第二路BOOST升压电路的第二功率开关管Q2的基极以交错180度相位、相同脉宽的开关信号控制导通，使第一路BOOST升压电路和第二路BOOST升压电路共同向供电电容C1提供电能，使供电电容C1对外提供较高的负载功率。

Description

带耦合电感的交错BOOST升压电路

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，具体涉及一种带耦合电感的交错BOOST升压电路。

背景技术

可再生能源产生的电能一般用来为负载供能和为蓄电池充电，越来越多的工业应用采用具有高升压增益特性的变换器，如不间断电源的直流后备能源系统、以及服务器电源等等。采用能源电池直接供电的电压无法为后级提供一个稳定合格的直流电压，这就需要在电池端与后级之间引入一级直流变换器，实现电压增益的提升，从而满足工作条件。

传统的Boost变换器可以实现低电压的提升，一般提升的倍数较小(3-5倍)，当需要较大升压倍数时(10倍以上)，需要工作在极限占空比下，MOS开通时间过大，由于功率器件寄生参数的存在，这样引起了严重的损耗；另外，功率二极管的电流很大，同时输出二极管的反向恢复严重，造成了损耗很大及性能的下降。综上所述，在可再生能源应用系统中，研究具有高增益性能的直流变换器，可以改善系统的整体性能。

实用新型内容

有鉴于此，有必要提供一种提供较高增益、结构简单的带耦合电感的交错BOOST升压电路。

一种带耦合电感的交错BOOST升压电路，用于获得较高的电压增益，包括第一路BOOST升压电路和第二路BOOST升压电路，所述第一路BOOST升压电路和所述第二路BOOST升压电路分别跨接于输入电源BT1和供电电容C1之间，所述第一路BOOST升压电路包括第一功率开关管Q1、第一电感绕组L1-A和第二电感绕组L1-B，所述第一电感绕组L1-A和所述第二电感绕组L1-B绕设于同一根铁芯上，所述第二路BOOST升压电路包括第二功率开关管Q2、第三电感绕组L2-A和第四电感绕组L2-B，所述第三电感绕组L2-A和所述第四电感绕组L2-B绕设于同一根铁芯上；所述第一功率开关管Q1的基极与所述第二功率开关管Q2的基极以交错180度相位、相同脉宽的开关信号控制导通，使第一路BOOST升压电路和第二路BOOST升压电路共同向所述供电电容C1提供电能，使所述供电电容C1对外提供高负载功率。

进一步地，所述第一路BOOST升压电路还包括第一二极管D1，所述第一电感绕组L1-A、所述第二电感绕组L1-B和所述第一二极管D1依次串联于所述输入电源BT1的正极与所述供电电容C1的正极之间。

进一步地，所述第一电感绕组L1-A的起始端连接至所述输入电源BT1的正极，所述第一电感绕组L1-A的终止端连接至所述第二电感绕组L1-B的起始端，所述第二电感绕组L1-B的终止端连接至所述第一二极管D1的阳极，所述第一二极管D1的阴极连接至所述供电电容C1的正极。

进一步地，所述第二路BOOST升压电路还包括第二二极管D2，所述第三电感绕组L2-A、所述第四电感绕组L2-B和所述第二二极管D2依次串联于所述输入电源BT1的正极与所述供电电容C1的正极之间。

进一步地，所述第三电感绕组L2-A的起始端连接至所述输入电源BT1的正极，所述第三电感绕组L2-A的终止端连接至所述第四电感绕组L2-B的起始端，所述第四电感绕组L2-B的终止端连接至所述第二二极管D2的阳极，所述第二二极管D2的阴极连接至所述供电电容C1的正极。

进一步地，所述第一功率开关管Q1的集电极与所述第一电感绕组L1-A的终止端和所述第二电感绕组L1-B的起始端相连；所述第二功率开关管Q2的集电极与所述第三电感绕组L2-A的终止端和所述第四电感绕组L2-B的起始端相连；所述第一功率开关管Q1的发射极和所述第二功率开关管Q2的发射极连接至所述输入电源BT1的负极和所述供电电容C1的负极。

进一步地，还包括第一开关控制端GT1和第二开关控制端GT2，所述第一功率开关管Q1的基极连接至所述第一开关控制端GT1；所述第二功率开关管Q2的基极连接至所述第二开关控制端GT2；所述第一开关控制端GT1的控制信号与所述第二开关控制端GT2的控制信号的脉宽相同，但相位相反。

进一步地，还包括第三二极管D3，所述第三二极管D3的阳极连接至所述输入电源BT1的正极，所述第三二极管D3的阴极连接至所述供电电容C1的正极。

进一步地，所述第二电感绕组L1-B和所述第一电感绕组L1-A的匝数比与所述第四电感绕组L2-B和所述第三电感绕组L2-A的匝数比相同。

上述带耦合电感的交错BOOST升压电路中，利用绕设于同一铁芯上的电感绕组之间的耦合作用，使所述第一电感绕组L1-A、所述第二电感绕组L1-B、所述第三电感绕组L2-A、所述第四电感绕组L2-B同时进行储能，通过提高所述第二电感绕组L1-B与所述第一电感绕组L1-A的匝数比和所述第四电感绕组L2-B与所述第三电感绕组L2-A的匝数比，使所述第二电感绕组L1-B与所述第四电感绕组L2-B的输出电压大幅度升高，从而提高了直流升压电路的总的电压增益，且所述功率开关管仍有较低的电压应力。本实用新型的电路结构简单，易于实现，成本低廉，便于推广。

附图说明

图1是本实用新型实施例带耦合电感的交错BOOST升压电路的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合具体实施例和附图对本实用新型进行详细说明。

请参阅图1，示出本实用新型的实施例提供的一种带耦合电感的交错BOOST升压电路100，用于获得较高的电压增益，包括第一路BOOST升压电路和第二路BOOST升压电路，所述第一路BOOST升压电路和所述第二路BOOST升压电路分别跨接于输入电源BT1和供电电容C1之间，所述第一路BOOST升压电路包括第一功率开关管Q1、第一电感绕组L1-A和第二电感绕组L1-B，所述第一电感绕组L1-A和所述第二电感绕组L1-B绕设于同一根铁芯上，所述第二路BOOST升压电路包括第二功率开关管Q2、第三电感绕组L2-A和第四电感绕组L2-B，所述第三电感绕组L2-A和所述第四电感绕组L2-B绕设于同一根铁芯上；所述第一功率开关管Q1的基极与所述第二功率开关管Q2的基极，以交错180度相位、相同脉宽的开关信号控制导通，使第一路BOOST升压电路和第二路BOOST升压电路共同向所述供电电容C1提供电能，使所述供电电容C1对外提供较高的负载功率。

具体地，本技术方案提供两个路互相独立的具有反激磁耦合的BOOST升压电路，即，所述第一路BOOST升压电路和所述第二路BOOST升压电路并联于输入电源BT1和供电电容C1之间。

具体地，所述第一电感绕组L1-A和所述第二电感绕组L1-B均绕设于第一铁芯上，在是第一功率开关管Q1导通的情况线，由于所述第一电感绕组L1-A与所述第二电感绕组L1-B之间的耦合作用，使所述第一电感绕组L1-A与所述第二电感绕组L1-B同时进行储能。

具体地，所述第三电感绕组L2-A和所述第四电感绕组L2-B均绕设于第二铁芯上，在是第二功率开关管Q2导通的情况线，由于所述第三电感绕组L2-A与所述第四电感绕组L2-B之间的耦合作用，使所述第三电感绕组L2-A与所述第四电感绕组L2-B同时进行储能。

进一步地，所述第一路BOOST升压电路还包括第一二极管D1，所述第一电感绕组L1-A、所述第二电感绕组L1-B和所述第一二极管D1依次串联于所述输入电源BT1的正极与所述供电电容C1的正极之间。所述第一电感绕组L1-A的起始端连接至所述输入电源BT1的正极，所述第一电感绕组L1-A的终止端连接至所述第二电感绕组L1-B的起始端，所述第二电感绕组L1-B的终止端连接至所述第一二极管D1的阳极，所述第一二极管D1的阴极连接至所述供电电容C1的正极。

进一步地，所述第二路BOOST升压电路还包括第二二极管D2，所述第三电感绕组L2-A、所述第四电感绕组L2-B和所述第二二极管D2依次串联于所述输入电源BT1的正极与所述供电电容C1的正极之间。所述第三电感绕组L2-A的起始端连接至所述输入电源BT1的正极，所述第三电感绕组L2-A的终止端连接至所述第四电感绕组L2-B的起始端，所述第四电感绕组L2-B的终止端连接至所述第二二极管D2的阳极，所述第二二极管D2的阴极连接至所述供电电容C1的正极。

具体地，所述第一电感绕组L1-A和所述第二电感绕组L1-B的绕线方向一致，两个电感绕组的起始端互为同名端；所述第三电感绕组L2-A和所述第四电感绕组L2-B的绕线方向一致，两个电感绕组的起始端互为同名端。

具体地，所述第一电感绕组L1-A的起始端和所述第三电感绕组L2-A的起始端并联于所述输入电源BT1的正极；所述第一二极管D1的阴极和所述第二二极管D2的阴极并联于所述供电电容C1的正极。

进一步地，所述第一功率开关管Q1的集电极与所述第一电感绕组L1-A的终止端和所述第二电感绕组L1-B的起始端相连；所述第二功率开关管Q2的集电极与所述第三电感绕组L2-A的终止端和所述第四电感绕组L2-B的起始端相连；所述第一功率开关管Q1的发射极和所述第二功率开关管Q2的发射极连接至所述输入电源BT1的负极和所述供电电容C1的负极。

进一步地，还包括第一开关控制端GT1和第二开关控制端GT2，所述第一功率开关管Q1的基极连接至所述第一开关控制端GT1；所述第二功率开关管Q2的基极连接至所述第二开关控制端GT2；所述第一开关控制端GT1的控制信号与所述第二开关控制端GT2的控制信号的脉宽相同，但相位相反。

进一步地，还包括第三二极管D3，所述第三二极管D3的阳极连接至所述输入电源BT1的正极，所述第三二极管D3的阴极连接至所述供电电容C1的正极。

具体地，所述第三二极管D3为旁路二极管，在所述第一路BOOST升压电路和所述第二路BOOST升压电路不工作时，为输入电源BT1通路提供供电电容C1；同时避免在接入外接电源VIN时，BOOST升压电路中的电感绕组上通过超大电流。

进一步地，所述第二电感绕组L1-B和所述第一电感绕组L1-A的匝数比与所述第四电感绕组L2-B和所述第三电感绕组L2-A的匝数比相同。

具体地，所述第二电感绕组L1-B与所述第一电感绕组L1-A的匝数比和所述第四电感绕组L2-B与所述第三电感绕组L2-A的匝数比为N。通过提高匝数比N，使所述第二电感绕组L1-B和所述第四电感绕组L2-B的输出电压大幅提升，从而提高了直流升压电路的总的电压增益。

具体地，所述第一路BOOST升压电路中，当所述第一功率开关管Q1导通时，所述输入电源BT1向所述第一电感绕组L1-A充电，所述第二电感绕组L1-B由于电磁耦合产生感应电压，由于所述第二电感绕组L1-B与所述第一电感绕组L1-A的匝数比N值较大，使所述第二电感绕组L1-B上的感应电压大于所述第一电感绕组L1-A上的电压。

当所述第一功率开关管Q1截止时，所述第一电感绕组L1-A和所述第二电感绕组L1-B同时通过所述供电电容C1放电，由于所述第二电感绕组L1-B上的感应电压值较高，使所述供电电容C1上的输出电压高于输入电压，且所述供电电容C1的输出电压值V_C1较高。同时，所述供电电容C1的输出电压值V_C1提高后，所述第一二极管D1的有效电流减小，功耗减少。

具体地，所述第一功率开关管Q1上的电压应力为(V_C1+N*V_BATT)/N+1，与所述供电电容C1的输出电压相比，所述第一功率开关管Q1具有较低的关断电压应力。

具体地，所述第二路BOOST升压电路的工作原理同上，不再赘述。

具体地，由于所述第一功率开关管Q1和所述第二功率开关管Q2的控制信号的脉宽相同、相位相反，使所述第一路BOOST升压电路和所述第二路BOOST升压电路的充放电过程交替进行，即，在一个周期内，使所述供电电容C1得到持续地充电，所述供电电容C1的对外供电能力提升，在有限空间内，使用较小的C1电容就能够提供升压后电压波纹小且较高的负载功率。

上述带耦合电感的交错BOOST升压电路中，利用绕设于同一铁芯上的电感绕组之间的耦合作用，使所述第一电感绕组L1-A、所述第二电感绕组L1-B、所述第三电感绕组L2-A、所述第四电感绕组L2-B同时进行储能，通过提高所述第二电感绕组L1-B与所述第一电感绕组L1-A的匝数比和所述第四电感绕组L2-B与所述第三电感绕组L2-A的匝数比，使所述第二电感绕组L1-B与所述第四电感绕组L2-B的输出电压大幅度升高，从而提高了直流升压电路的总的电压增益。本实用新型的电路结构简单，易于实现，成本低廉，便于推广。

需要说明的是，本实用新型并不局限于上述实施方式，根据本实用新型的创造精神，本领域技术人员还可以做出其他变化，这些依据本实用新型的创造精神所做的变化，都应包含在本实用新型所要求保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种带耦合电感的交错BOOST升压电路，其特征在于，包括第一路BOOST升压电路和第二路BOOST升压电路，所述第一路BOOST升压电路和所述第二路BOOST升压电路分别跨接于输入电源BT1和供电电容C1之间，所述第一路BOOST升压电路包括第一功率开关管Q1、第一电感绕组L1-A和第二电感绕组L1-B，所述第一电感绕组L1-A和所述第二电感绕组L1-B绕设于同一根铁芯上，所述第二路BOOST升压电路包括第二功率开关管Q2、第三电感绕组L2-A和第四电感绕组L2-B，所述第三电感绕组L2-A和所述第四电感绕组L2-B绕设于同一根铁芯上；所述第一功率开关管Q1的基极与所述第二功率开关管Q2的基极以交错180度相位、相同脉宽的开关信号控制导通，使第一路BOOST升压电路和第二路BOOST升压电路共同向所述供电电容C1提供电能，使所述供电电容C1对外提供高负载功率。

2.如权利要求1所述的带耦合电感的交错BOOST升压电路，其特征在于，所述第一路BOOST升压电路还包括第一二极管D1，所述第一电感绕组L1-A、所述第二电感绕组L1-B和所述第一二极管D1依次串联于所述输入电源BT1的正极与所述供电电容C1的正极之间。

3.如权利要求2所述的带耦合电感的交错BOOST升压电路，其特征在于，所述第一电感绕组L1-A的起始端连接至所述输入电源BT1的正极，所述第一电感绕组L1-A的终止端连接至所述第二电感绕组L1-B的起始端，所述第二电感绕组L1-B的终止端连接至所述第一二极管D1的阳极，所述第一二极管D1的阴极连接至所述供电电容C1的正极。

4.如权利要求1所述的带耦合电感的交错BOOST升压电路，其特征在于，所述第二路BOOST升压电路还包括第二二极管D2，所述第三电感绕组L2-A、所述第四电感绕组L2-B和所述第二二极管D2依次串联于所述输入电源BT1的正极与所述供电电容C1的正极之间。

5.如权利要求4所述的带耦合电感的交错BOOST升压电路，其特征在于，所述第三电感绕组L2-A的起始端连接至所述输入电源BT1的正极，所述第三电感绕组L2-A的终止端连接至所述第四电感绕组L2-B的起始端，所述第四电感绕组L2-B的终止端连接至所述第二二极管D2的阳极，所述第二二极管D2的阴极连接至所述供电电容C1的正极。

6.如权利要求1所述的带耦合电感的交错BOOST升压电路，其特征在于，所述第一功率开关管Q1的集电极与所述第一电感绕组L1-A的终止端和所述第二电感绕组L1-B的起始端相连；所述第二功率开关管Q2的集电极与所述第三电感绕组L2-A的终止端和所述第四电感绕组L2-B的起始端相连；所述第一功率开关管Q1的发射极和所述第二功率开关管Q2的发射极连接至所述输入电源BT1的负极和所述供电电容C1的负极。

7.如权利要求1所述的带耦合电感的交错BOOST升压电路，其特征在于，还包括第一开关控制端GT1和第二开关控制端GT2，所述第一功率开关管Q1的基极连接至所述第一开关控制端GT1；所述第二功率开关管Q2的基极连接至所述第二开关控制端GT2；所述第一开关控制端GT1的控制信号与所述第二开关控制端GT2的控制信号的脉宽相同，但相位相反。

8.如权利要求1所述的带耦合电感的交错BOOST升压电路，其特征在于，还包括第三二极管D3，所述第三二极管D3的阳极连接至所述输入电源BT1的正极，所述第三二极管D3的阴极连接至所述供电电容C1的正极。

9.如权利要求1所述的带耦合电感的交错BOOST升压电路，其特征在于，所述第二电感绕组L1-B和所述第一电感绕组L1-A的匝数比与所述第四电感绕组L2-B和所述第三电感绕组L2-A的匝数比相同。

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