一种开关电感型准开关升压dc-dc变换器的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种开关电感型准开关升压DC?DC变换器电路，包括电压源，由第一电感、第二电感、第四二极管、第五二极管和第六二极管构成的开关电感单元，由第一电容、第一二极管、第一MOS管、第三二极管和开关电感单元构成的二端准开关升压单元，第二MOS管，第二电容、第二二极管，输出二极管，输出滤波电容和负载。整个电路结构简单，结合了准开关升压单元、开关电容单元和开关电感单元各自的单级升压特性，实现了输出电压增益的拓展。
【专利说明】
-种开关电感型准开关升压DC-DC变换器
技术领域
[0001] 本发明设及电力电子电路技术领域，具体设及一种开关电感型准开关升压DC-DC 变换器电路。
【背景技术】
[0002] 在燃料电池发电、光伏发电中，由于单个太阳能电池或者单个燃料电池提供的直 流电压较低，无法满足现有用电设备的用电需求，也不能满足并网的需求，往往需要将多个 电池串联起来达到所需的电压。运种方法一方面大大降低了整个系统的可靠性，另一方面 还需解决串联均压问题。为此，需要能够把低电压转换为高电压的高增益DC-DC变换器。近 几年提出的开关升压变换器SBI由于其输出电压的变化范围小，在低电压输入高电压输出 的场合，如分布式能源并网系统和燃料电池系统，传统SBI变换器变得不再适用。为了扩大 传统SBI变换器的适用范围，有必要通过拓扑改进拓展其输出电压增益。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种开关电感型准开关升压 DC-DC变换器电路，具体技术方案如下。
[0004] -种开关电感型准开关升压DC-DC变换器电路，包括电压源，由第一电感，第二电 感，第四二极管，第五二极管和第六二极管构成的开关电感单元，由第一电容，第一二极管， 第一MOS管，第S二极管和开关电感单元构成的二端准开关升压单元，第二MOS管，第二电 容，第二二极管，输出二极管，输出滤波电容和负载构成。
[0005] 上述的一种开关电感型准开关升压DC-DC变换器电路中，所述电压源的正极分别 与第一电容的负极和第=二极管的阳极连接;所述第一电容的正极分别与第一二极管的阴 极、第一 MOS管的漏极和输出二极管的阳极连接;所述第一 MOS管的源极分别与第S二极管 的阴极、第一电感的一端和第四二极管的阳极连接;所述第四二极管的阴极分别与第五二 极管的阴极和第二电感的一端连接;所述第一电感的另一端分别与第五二极管的阳极和第 六二极管的阳极连接;所述第一二极管的阳极分别与第二电感的另一端、第二MOS管的漏 极、第二电容的正极和第六二极管的阴极连接;所述第二电容的负极分别与第二二极管的 阳极、输出滤波电容的负极和负载的一端连接;所述输出二极管的阴极分别与输出滤波电 容的正极和负载的另一端连接;所述电压源的负极分别与第二MOS管的源极、第二二极管的 阴极连接。
[0006] 与现有技术相比，本发明电路具有如下优点和技术效果:本发明整个电路结构简 单，控制方便，输出电压增益更高;本发明电路利用准开关升压单元的单级升降压特性W及 开关电感和开关电容并行充电串联放电的特性，从而升高了输出电压，实现了准开关升压 变换器输出电压增益的拓展。
【附图说明】
[0007]图I是本发明【具体实施方式】中的一种开关电感型准开关升压DC-DC变换器电路。 [000引图2曰、图化分别是图1所示一种开关电感型准开关升压DC-DC变换器电路在其第一 MOS管和第二MOS管同时导通和同时关断时段的等效电路图。
[0009] 图3为本发明电路的增益曲线与Boost变换器、开关电容Boost变换器、传统Z源DC- DC变换器和新型准Z源DC-DC变换器的增益曲线比较图。
【具体实施方式】
[0010] W上内容已经对本发明的技术方案作了详细说明，W下结合附图对本发明的具体 实施作进一步描述。
[0011] 参考图1，本发明所述的一种开关电感型准开关升压DC-DC变换器电路，包括电压 源，由第一电感，第二电感，第四二极管，第五二极管和第六二极管构成的开关电感单元，由 第一电容，第一二极管，第一 MOS管，第S二极管和开关电感单元构成的二端准开关升压单 元，第二MOS管，第二电容，第二二极管，输出二极管D。，输出滤波电容和负载化。当第一 MOS管 Si和第二MOS管S2同时导通时，所述第一二极管化、第二二极管化、第S二极管化和第五二极 管化均关断，第四二极管化、第六二极管化导通;所述电压源Vi与第一电容Cl 一起对并联的第 一电感b和第二电感L2充电储能；同时，电压源Vi、第一电容Cl与第二电容C2-起对输出滤波 电容Cf和负载化供电。当第一 MOS管Si和第二MOS管S2同时关断时，所述第一二极管化、第二二 极管化、第=二极管化和第五二极管化均导通，第四二极管〇4、第六二极管化和输出二极管D。 关断；第一电感^和第二电感L2串联后与第一电容Cl并联，形成回路;所述电压源Vi与第一 电感b和第二电感L2-起对第二电容C2充电，形成回路；同时，输出滤波电容Cf对负载化进 行供电。整个电路结构简单，具有较高的输出电压增益。
[0012] 本发明电路的具体连接方式如下:所述电压源的正极分别与第一电容的负极和第 S二极管的阳极连接;所述第一电容的正极分别与第一二极管的阴极、第一 MOS管的漏极和 输出二极管的阳极连接;所述第一 MOS管的源极分别与第S二极管的阴极、第一电感的一端 和第四二极管的阳极连接;所述第四二极管的阴极分别与第五二极管的阴极和第二电感的 一端连接;所述第一电感的另一端分别与第五二极管的阳极和第六二极管的阳极连接;所 述第一二极管的阳极分别与第二电感的另一端、第二MOS管的漏极、第二电容的正极和第六 二极管的阴极连接;所述第二电容的负极分别与第二二极管的阳极、输出滤波电容的负极 和负载的一端连接;所述输出二极管的阴极分别与输出滤波电容的正极和负载的另一端连 接;所述电压源的负极分别与第二MOS管的源极、第二二极管的阴极连接。
[0013] 图2曰、图化给出了本发明电路的工作过程图。图2曰、图化分别对应的是第一MOS管 Si和第二MOS管S2同时导通和同时关断时段的等效电路图。图中实线表示变换器中有电流流 过的部分，虚线表示变换器中无电流流过的部分。
[0014] 本发明的工作过程如下：
[0015] 阶段1，如图2a:第一 MOS管Si和第二MOS管S2同时导通，此时第一二极管化、第二二 极管化、第=二极管化和第五二极管化均关断，第四二极管〇4、第六二极管化导通。电路形成 了两个回路，分别是：电压源Vi与第一电容Cl和第二电容C2-起给输出滤波电容Cf和负载化 充电，形成回路；电压源Vi与第一电容Cl对并联的第一电感b和第二电感L2进行充电储能， 形成回路。
[0016] 阶段2，如图2b:第一MOS管Si和第二MOS管S2同时关断，此时第一二极管Di、第二二 极管化、第=二极管化和第五二极管化均导通，第四二极管〇4、第六二极管化和输出二极管D。 关断。电路形成了 =个回路，分别是：电压源Vi与第一电感^和第二电感L2-起给第二电容 C2充电储能，形成回路;第一电感^与第二电感L2串联后一起对第一电容Cl充电，形成回路； 输出滤波电容Cf给负载化供电，形成回路。
[0017] 综上情况，由于第一MOS管Si和第二MOS管S2的开关触发脉冲完全相同，设开关管Si 和S2的占空比均为D，开关周期为Ts。并设定化谢Vl2分别为第一电感^和第二电感L2两端的 电压，Vci、Vc2分别为第一电容Cl和第二电容C2的电压，Vsi为和Vs2分别为第一 MOS管Si和第二 MOS管S2漏极与源极之间的电压。在一个开关周期Ts内，令输出电压为V。。当变换器进入稳态 工作后，得出W下的电压关系推导过程。
[0018] 工作模态1:第一 MOS管Si和第二MOS管S2同时导通，对应的等效电路图2a所示，因此 有如下公式：
[0019] Vllon = VL2on = Vi+Vci (1)
[0020] Vo = Vi+Vci+Vc2 (2)
[0021] Vsi = Vs2 = 0 (3)M0S 管 Si 和 S2 的导通时间为 DTs。
[0022] 工作模态2:第一 MOS管Si和第二MOS管S2均关断，对应的等效电路如图化所示，因此 有如下公式：
[0023] 化 I-Off+VL2-〇ff =-Vci
[0024] (4)
[0025] f+化2-off = V广 Vc2 (5)
[0026] Vs2 = Vc2 (6)
[0027] Vsi = Vci (7)
[0028] MOS管Si和S2的关断时间为（I-D) Ts。
[0029] 根据W上分析，对第一电感Ll和第二电感L2分别运用电感伏秒数守恒原理，联立 式(1)、式(4)、式(5)可得：
[0030] D (Vi+Vci) - (1-D) (Vci+VL2-〇f f) = 0 (8)
[003。 D(Vi+Vci)-(l-D)(Vci+VLi-0ff)=0 (9)联立式（8)和式（9)可求得：
[0032]
(峭
[0033] 因而，联立式(8)、式(9)和式（10)可得出第一电容Cl的电压Vci、第二电容C2的电压 VC2与电压源Vi之间的关系式为：
[0034] (11)
[003引 （12)
[0036] 则由式(2)、式(11)和式(12)，可得本发明电路的输出电压V。表达式为：
[0037]
(13)
[0038] 则本发明电路的输出电压增益的表达式为：
[0039]
(14)
[0040] 如图3所示为本发明电路的增益曲线与Boost变换器、开关电容Boost变换器、传统 Z源DC-DC变换器和新型准Z源DC-DC变换器的增益曲线比较图，图中包括本发明电路的增益 曲线，新型准Z源DC-DC变换器的增益曲线，传统Z源DC-DC变换器的增益曲线，开关电容 Boost变换器的增益曲线，和Boost变换器的增益曲线。由图可知，本发明电路在占空比D不 超过0.33的情况下，增益G就可W达到很大，且本发明电路的占空比D不会超过0.33。因此， 相比之下，本发明电路的增益是非常高的。
[0041] 综上所述，本发明电路整体结构简单，控制方便，结合了准开关升压单元单级升降 压的特性W及开关电感和开关电容并行充电串联放电的特性，实现了输出电压增益的进一 步提升，且不存在启动冲击电流和MOS管开通瞬间的冲击电流。
[0042] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的 限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化， 均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种开关电感型准开关升压DC-DC变换器电路，其特征在于包括电压源(VO、开关电 感单元、准开关升压单元、第二M0S管(&)、第二电容(C 2)第二二极管(D2)、输出二极管(D。）、 输出滤波电容(Cf)和负载(Rd;所述开关电感单元由第一电感(U)、第二电感(L 2)、第四二 极管(D4)、第五二极管(D5)、第六二极管(D 6)构成;所述准开关升压单元由第一二极管(DD、 第一电容(&)、第一 M0S管(&)、第三二极管(D3)和前面所述的开关电感单元构成。2. 根据权利要求1所述的一种开关电感型准开关升压DC-DC变换器电路，其特征在于所 述电压源(V0的正极分别与第一电容(CD的负极和第三二极管(D 3)的阳极连接;所述第一 电容(&)的正极分别与第一二极管(DD的阴极、第一 M0S管(SD的漏极和输出二极管(D。)的 阳极连接;所述第一 M0S管(SD的源极分别与第三二极管(D3)的阴极、第一电感(LD的一端 和第四二极管(D4)的阳极连接;所述第四二极管(D 4)的阴极分别与第五二极管(D5)的阴极 和第二电感(L2)的一端连接;所述第一电感(LD的另一端分别与第五二极管(D 5)的阳极和 第六二极管(D6)的阳极连接;所述第一二极管(DD的阳极分别与第二电感(L 2)的另一端、第 二M0S管（S2)的漏极、第二电容（C2)的正极和第六二极管(D 6)的阴极连接;所述第二电容 (C2)的负极分别与第二二极管(D2)的阳极、输出滤波电容(C f)的负极和负载(RD的一端连 接;所述输出二极管(D。)的阴极分别与输出滤波电容(Cf)的正极和负载(Rl)的另一端连接； 所述电压源(V0的负极分别与第二M0S管(&)的源极、第二二极管(D 2)的阴极连接。3. 根据权利要求1所述的一种开关电感型准开关升压DC-DC变换器电路，其特征在于当 第一M0S管(SD和第二M0S管(S 2)同时导通时，所述第一二极管(DD、第二二极管(D2)、第三 二极管(D3)和第五二极管(D 5)均关断，第四二极管(D4)和第六二极管(D6)导通，电压源(V0 和第一电容(Ci)给并联的第一电感(Li)和第二电感(L2)同时充电；同时，电压源(Vi)与第一 电容(CD和第二电容(C 2)-起对输出滤波电容(Cf)和负载(Rl)供电；当第一M0S管(SD和第 二M0S管(&)同时关断时，所述第一二极管(DD、第二二极管(D 2)、第三二极管(D3)和第五二 极管(D5)均导通，第四二极管(D 4)和第六二极管(D6)关断，输出二极管(D。)关断;所述第一 电感(LD和第二电感(L 2)串联后与第一电容(CD并联，形成回路;所述电压源(V0、第一电 感山)和第二电感(L2)给第二电容(C 2)充电；同时，输出滤波电容(Cf)给负载(Rl)供电。
【文档编号】H02M3/155GK105939108SQ201610508664
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年6月30日
【发明人】张波, 朱小全, 丘东元
【申请人】华南理工大学