新型的直流升压电路的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种新型的直流升压电路，包括：直流电压源、倍压模块、Boost电路模块以及负载模块；所述直流电压源经过并联充电串联放电的多个倍压模块升压后，由Boost电路再次升压传输至负载模块。本发明提供的直流升压电路中的开关管所需承受的额定电压不超过输入电压的峰值，倍压电路能够将低电压升高到所需的较高电压，且Boost电路能够起到电压调节的作用，使得输出电压连续，性能更加稳定可靠；并能够通过增加倍压模块满足不同等级的电压需求，通用性较强。
【专利说明】
新型的直流升压电路
技术领域
[0001 ]本发明涉及DC-DC变换技术领域，具体地，涉及一种新型的直流升压电路。
【背景技术】
[0002]大多数系统只有一个供电电源，当需要不同等级的电压时，需要借助升降压电路获得。通常，直流电压源的电压等级较低，但在实际应用过程中，有些电器设备可能需要较高等级的电压，这时候就必须借助各种方法来达到升压的目的。
[0003]变压器是交流升压的常用设备，变压器的输出端加上大电容就可以获得较大的电压增益，但是变压器的体积庞大，而所使用的磁芯也会大大提高设备的总质量。高频化是减小变压器体积的一个重要方法，先将直流电逆变成高频交流电，变压器通过磁耦合在二次侧产生高压，再对其进行整流获得所需的直流高压输出，这对开关管的通断速率也是一个不小的考验，而且整个过程所需设备较多，控制较为复杂，如果输入电压较低的话，电压损耗较严重，能量传输效率也不是很高。
[0004]将直流电逆变成交流，通过倍压整流电路能够实现直流高压输出，但是输出电压的可调性较差，且电路中的整流二极管需要承受的最高反向电压是输入电压幅值的两倍，当要获得很高的输出电压时，二极管可能被反向击穿。
[0005]高电压系统中经常使用高压脉冲发生器来获得直流高压，这种方法能够有效获得幅值大的脉冲高压。但是它的缺点也是很明显的，首先球隙的存在使得装置体积大，且低等级的直流电压源升压困难;其次电压的输出不是连续的，在很多场合不适用。
[0006]Boost电路和Buck-Boost电路是电力电子直流升压用得最多的拓扑，原理简单，控制也不难。但是当这两种电路能够工作在高电压增益状况下时，容易导致使电路失稳，对电感的要求也会大大提高。
[0007]综合以上，对现有升压电路结构的分析发现，目前阶段仍然需要推出控制简单、通用性强、电压增益高的新型直流升压电路，本文利用电容并联充电串联放电的原理实现倍压，后级接入Boost电路，既可以再次升压，也可以通过Boost电路的调节作用获得连续的输出电压。
【发明内容】
[0008]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种新型的直流升压电路。
[0009]根据本发明提供的新型的直流升压电路，包括:直流电源、倍压模块、Boost电路模块以及负载模块;所述直流电源对多个倍压模块进行充电，当电压达到设定值后所述倍压模块通过Boos t电路模块向负载模块提供经升压处理的直流电压。
[0010]优选地，所述倍压模块包括:电容、第一单向晶闸管、第二单向晶闸管、双向晶闸管;所述电容的正极构成倍压模块的正充电端，电容的负极构成倍压模块的负充电端；电容的正极分别连接至第一单向晶闸管的阳极、双向晶闸管的阳极;所述第一单向晶闸管的负极构成倍压模块的第一输出端，电容的负极连接至第二单向晶闸管的阴极，所述第二单向晶闸管的阳极连接至双向晶闸管的阴极并构成倍压模块的第二输出端。
[0011]优选地，多个倍压模块依次串联构成多级倍压模块，即上一级倍压模块的第一输出端连接下一级倍压模块的正充电端，上一级倍压模块的第二输出端连接下一级倍压模块的负充电端。
[0012]优选地，初级倍压模块的正充电端连接至直流电源的正极，所述初级倍压模块的负充电端连接至直流电源的负极;末级倍压模块的第一输出端连接至Boost电路模块的第一输入端，所述末级倍压模块的第二输出端为非连接端。
[0013]优选地，所述Boost电路模块包括:电感L1、二极管D1、开关管S1、电解电容E4，所述电感LI的一端构成Boost电路模块的第一输入端，所述电感LI的另一端分别连接至二极管Dl的正极、开关管SI的漏极，所述二极管的负极连接至电解电容E4的正极并构成Boost电路模块的第一输出端，所述电解电容E4的负极分别连接至开关管SI的源极、直流电源的负极并构成Boo st电路模块的第二输出端;所述Boo st电路模块的第一输出端、第二输出端分别连接至负载模块的两端。
[0014]优选地，当各个倍压模块中的第一单向晶闸管、第二单向晶闸管处于导通状态，且双向晶闸管、开关管SI处于截止状态时，直流电源对各个倍压模块中呈并联关系的电容进行充电；当各个倍压模块中的第一单向晶闸管、第二单向晶闸管处于截止状态，且双向晶闸管、开关管SI处于导通状态时，各个倍压模块的电容呈串联关系并对电感LI充电；当各个倍压模块中的第一单向晶闸管、第二单向晶闸管、开关管SI处于截止状态，且双向晶闸管处于导通状态时，各个倍压模块的电容以及电感LI呈串联关系并对电解电容E4和负载模块供电。
[0015]优选地，所述开关管SI为N沟道MOSFET器件，600V，25A/100°C。
[0016]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:
[0017]1、本发明提供的直流升压电路中倍压模块的开关管所需承受的额定电压不超过输入电压的峰值，远低于输出电压，电路性能更加稳定可靠。
[0018]2、本发明提供的新型的直流升压电路能够通过增加倍压模块满足不同等级的电压需求，电压增益高。
[00?9 ] 3、本发明提供的新型的直流升压电路通过Boo s t电路模块的调节，可生成连续的的直流高压。
【附图说明】
[0020]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0021 ]图1为3级直流升压电路结构示意图；
[0022]图2为n+1级直流升压电路结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0024]根据本发明提供的新型的直流升压电路，包括:直流电源、倍压模块、Boost电路模块以及负载模块;所述直流电源对多个倍压模块进行充电，当电压达到设定值后所述倍压模块通过Boos t电路模块向负载模块提供经升压处理的直流电压。
[0025]所述倍压模块包括:电容、第一单向晶闸管、第二单向晶闸管、双向晶闸管;所述电容的正极构成倍压模块的正充电端，电容的负极构成倍压模块的负充电端；电容的正极分别连接至第一单向晶闸管的阳极、双向晶闸管的阳极;所述第一单向晶闸管的负极构成倍压模块的第一输出端，电容的负极连接至第二单向晶闸管的阴极，所述第二单向晶闸管的阳极连接至双向晶闸管的阴极并构成倍压模块的第二输出端。
[0026]多个倍压模块依次串联构成多级倍压模块，即上一级倍压模块的第一输出端连接下一级倍压模块的正充电端，上一级倍压模块的第二输出端连接下一级倍压模块的负充电端。
[0027]初级倍压模块的正充电端连接至直流电源的正极，所述初级倍压模块的负充电端连接至直流电源的负极;末级倍压模块的第一输出端连接至Boost电路模块的第一输入端，所述末级倍压模块的第二输出端为非连接端，及不与其他模块相连。
[0028]所述Boost电路模块包括:电感L1、二极管D1、开关管S1、电解电容E4，所述电感LI的一端构成Boost电路模块的第一输入端，所述电感LI的另一端分别连接至二极管Dl的正极、开关管SI的漏极，所述二极管的负极连接至电解电容E4的正极并构成Boost电路模块的第一输出端，所述电解电容E4的负极分别连接至开关管SI的源极、直流电源的负极并构成Boost电路模块的第二输出端;所述Boost电路模块的第一输出端、第二输出端分别连接至负载模块的两端。
[0029]当各个倍压模块中的第一单向晶闸管、第二单向晶闸管处于导通状态，且双向晶闸管、开关管SI处于截止状态时，直流电源对各个倍压模块中呈并联关系的电容进行充电；当各个倍压模块中的第一单向晶闸管、第二单向晶闸管处于截止状态，且双向晶闸管、开关管SI处于导通状态时，各个倍压模块的电容呈串联关系并对电感LI充电；当各个倍压模块中的第一单向晶闸管、第二单向晶闸管、开关管SI处于截止状态，且双向晶闸管处于导通状态时，各个倍压模块的电容以及电感LI呈串联关系并对电解电容E4和负载模块供电。
[0030]所述开关管SI 为 N 沟道 MOSFET 器件，600V，25A/10(TC。
[0031 ]具体地，如图1所示，为三级的直流升压电路，倍压模块能够实现三级直流升压，Boost电路模块能够再次升压并使输出电压连续，包括一个功率二极管Dl、一个电感L1、一个N沟道MOSFET S1、四个单向晶闸管TH 1-TH4、两个双向晶闸管BTH1-BTH2、四个电解电容EI?E4、负载电阻RL，其中:
[0032]电解电容El的正极连接至晶闸管THl、BTH1的阳极并构成倍压模块的正充电端，El的负极连接至晶闸管TH2的阴极并构成倍压模块的负充电端；晶闸管THl的阴极连接至电解电容E2的正极、晶闸管TH3和BTH2的阳极；晶闸管TH2的阳极与晶闸管BTHl和TH4的阴极、电解电容E2的阴极相连；晶闸管TH3的阴极与电解电容E3的正极、电感LI相连；电解电容E3的负极连接至晶闸管TH4的阳极、晶闸管BTH2的阴极；
[0033]电感LI的另一端与MOSFETSI的漏极、功率二极管DI的阳极相连，功率二极管DI的阴极与电解电容E4的正极、负载的一端相连，MOSFET SI的源极与电解电容E4的负极、负载的另一端相连，并与初级倍压模块的负充电端相连形成回路。
[0034]本实例中上述各个元器件的选型:
[0035]供电电源:直流电源30V;
[0036]负载功率:8.1W，
[0037]电感(Ll):600V，3300yH;
[0038]功率二极管(Dl):600V，25Α/100Γ ；
[0039]单向晶闸管(THl-TH4)与双向晶闸管(BTHl-BTH2):600V,25A/100°C ；
[0040]电解电容(El?E4):600V，3300yF，插件，用于储能与倍压；
[0041 ] MOSFET(Sl):600V，25A/100°C，用于Boost电路的切换；
[0042]负载电阻(RL):1k Ω/ΙΟΟΓ，10W;
[0043]整个电路具体工作时:
[0044]接通直流电源(30V)，导通晶闸管TH1-TH4，关断单向晶闸管BTH1-BTH2，直流电源对电解电容El?E3充电，充电完成后，关断晶闸管TH1-TH4，导通双向晶闸管BTH1-BTH2，电解电容E1、双向晶闸管BTHl、电解电容E2、双向晶闸管BTH2、电解电容E3形成串联，MOSFETSI导通时给电感充电，断开后电解电容电压与反向的电感电压串联，给储能电解电容E4、负载电阻RL提供多倍于电容电压的高压输出。通过调整晶闸管和MOSFET的通断时间，可以生成连续的电压输出。
[0045]多级直流升压电路的工作原理与三级直流升压电路的工作原理基本一致。
[0046]本发明可以应用于电动车供电系统、无线输电设备副边调压系统等一系列需要直流电平转换的领域，能够多倍直流升压功能，具有开关管所需承受的电压低、可模块化、可生成连续的输出电压等优点。
[0047]以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
【主权项】
1.一种新型的直流升压电路，其特征在于，包括:直流电源、倍压模块、Boost电路模块以及负载模块;所述直流电源对多个倍压模块进行充电，当电压达到设定值后所述倍压模块通过Boost电路模块向负载模块提供经升压处理的直流电压。2.根据权利要求1所述的新型的直流升压电路，其特征在于，所述倍压模块包括:电容、第一单向晶闸管、第二单向晶闸管、双向晶闸管;所述电容的正极构成倍压模块的正充电端，电容的负极构成倍压模块的负充电端；电容的正极分别连接至第一单向晶闸管的阳极、双向晶闸管的阳极;所述第一单向晶闸管的负极构成倍压模块的第一输出端，电容的负极连接至第二单向晶闸管的阴极，所述第二单向晶闸管的阳极连接至双向晶闸管的阴极并构成倍压模块的第二输出端。3.根据权利要求1所述的新型的直流升压电路，其特征在于，多个倍压模块依次串联构成多级倍压模块，即上一级倍压模块的第一输出端连接下一级倍压模块的正充电端，上一级倍压模块的第二输出端连接下一级倍压模块的负充电端。4.根据权利要求1至3中任一项所述的新型的直流升压电路，其特征在于，初级倍压模块的正充电端连接至直流电源的正极，所述初级倍压模块的负充电端连接至直流电源的负极;末级倍压模块的第一输出端连接至Boost电路模块的第一输入端，所述末级倍压模块的第二输出端为非连接端。5.根据权利要求4所述的新型的直流升压电路，其特征在于，所述Boost电路模块包括:电感L1、二极管Dl、开关管S1、电解电容E4，所述电感LI的一端构成Boost电路模块的第一输入端，所述电感LI的另一端分别连接至二极管Dl的正极、开关管SI的漏极，所述二极管的负极连接至电解电容E4的正极并构成Boos t电路模块的第一输出端，所述电解电容E4的负极分别连接至开关管SI的源极、直流电源的负极并构成Boost电路模块的第二输出端;所述Boost电路模块的第一输出端、第二输出端分别连接至负载模块的两端。6.根据权利要求5所述的新型的直流升压电路，其特征在于，当各个倍压模块中的第一单向晶闸管、第二单向晶闸管处于导通状态，且双向晶闸管、开关管SI处于截止状态时，直流电源对各个倍压模块中呈并联关系的电容进行充电；当各个倍压模块中的第一单向晶闸管、第二单向晶闸管处于截止状态，且双向晶闸管、开关管SI处于导通状态时，各个倍压模块的电容呈串联关系并对电感LI充电；当各个倍压模块中的第一单向晶闸管、第二单向晶闸管、开关管SI处于截止状态，且双向晶闸管处于导通状态时，各个倍压模块的电容以及电感LI呈串联关系并对电解电容E4和负载模块供电。7.根据权利要求5所述的新型的直流升压电路，其特征在于，所述开关管SI为N沟道MOSFET 器件，600V，25A/100°C。
【文档编号】H02M3/135GK105915047SQ201610298275
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月6日
【发明人】刘鑫, 刘晨蕾, 王天风, 邢凯鹏, 董娅韵, 杨喜军, 唐厚君
【申请人】上海交通大学