专利名称：高升压比直流电源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电力电子技术领域的高升压比直流电源，具体地说，涉及的是一种大于15倍压输出的直流升压变换器。
背景技术：
DC-DC升压变换器是光伏发电、电动汽车和通信电源的重要组成部分。随着我国光伏产业、新能源汽车和通信的迅猛发展，对于DC-DC升压变换器的需求越来越旺盛，对DC-DC升压变换器的输出电压等级要求也越来越高。体积小、重量轻、稳定性好、安全系数高、低直流电压输入的DC-DC升压变换器符合光伏发电、电动汽车和通信的发展要求，具有良好的应用前景。DC-DC升压变换器为了完成较低直流电压输入-高直流电压输出，可以采用带隔离升压变压器的方案和非隔离方案。目前对于后者可以采用两种倍压方法二级交错和二级串联。二级倍压电路将输入的低直流电压升压变换为高直流电压，电路结构简单，控制容易，成本较低，但是升压能力仍然有限，不能满足较低直流电压供电的应用场合。与带隔离型升压变压器的方案相比，非隔离型的DC-DC变换器具有体积小，结构简单，成本低廉，电源利用率高，稳定可靠的优点。经过对现有适合低压直流电压输入-高压直流电压输出应用场合的升压变换器技术的检索发现，“A Bridgeless Interleaved PWM Boost Rectifier with IntrinsicVoltage-Doubler Characteristic，，(Telecommunications Energy Conference, 2009)中描述的DC-DC升压变换器的输出电压等级低，功能和性能较差，很难应用于光伏发电、电动汽车和通信电源等应用场合。为了完成较低直流电压输入-高直流电压输出，采用高升压比直流电路，电源利用率高，输出直流电流波幅小，供电质量高，扩大低压电源的应用场合。综上所述，现有的低直流电压输入-高直流电压输出变换器的输出电压等级低，不适用于光伏发电、电动汽车和通信电源等需要高电压等级输出的场合。随着实践应用的扩大，设计一种结构简单、控制简便、成本低廉、输出电压等级高的升压变换器已成为本领域技术人员的当务之急。
实用新型内容本实用新型的目的在于解决现有技术中的上述不足，提供一种高升压比直流电路，即三倍压DC-DC升压变换器，使其实现DC/DC变换。为实现上述的目的，本实用新型所述的一种高升压比直流电路，包括依次级联的升压电路和滤波电路，其中所述升压电路的输出端与所述滤波电路的输入端相连，所述升压电路两端分别与两个电源的正极和负极相连；所述滤波电路为电容滤波电路，两端分别相连整流器的两个输出端。所述的升压电路为高升压比直流电路第一电解电容正极与输入电源正极相连，负极与输入电源负极相连。第一电感两端分别与输入电源正极和第一节点A相连，第二电感两端分别与输入电源正极和第二节点B相连，第三电感两端分别与输入电源正极和第三节点C相连。第一双向开关集电极与第一节点A相连，发射极与输入电源负极相连；第二双向开关集电极与第二节点B相连，发射极与输入电源负极相连；第三双向开关集电极与第三节点C相连，发射极与输入电源负极相连。第一二极管的阳极与第一节点A相连，阴极与第四节点D相连；第二二极管阳极与输出电源负极相连，阴极与第一节点A相连；第三二极管阳极与第四节点D相连，阴极与输出电源正极相连；第四二极管阳极与第三节点C相连，阴极与输出电源正极相连；第五二极管阳极与输出电源负极相连，阴极与第三节点C相连。第二电解电容负极与第二节点B相连，正极与第四节点D相连；第三电解电容负极与第五节点E相连，正极与第二节点B相连；第四电解电容负极与输出电源负极相连，正极与第五节点E相连。所述的三个双向开关的门极接受PWM脉冲控制信号，并且使得三个双向开关的工作时序为在一个开关周期内，初始时，第一双向开关、第二双向开关和第三双向开关同时开通；第一双向开关、第二双向开关和第三双向开关依次关断，时间依次相差1/3个开关周期，第一双向开关、第二双向开关和第三双向开关依次开通，时间依次相差1/3个开关周期；第二电解电容、第三电解电容和第四电解电容的电压相等，第五电解电容的电压是第二电解电容、第三电解电容和第四电解电容的电压的3倍；每个双向开关的门极接受PWM脉冲控制信号的占空比相同。如此循环，输出三倍压直流电压。所述的滤波电路为电容滤波电路，第五电解电容正极与输出电源正极相连，负极与输出电源负极相连，第一电阻为稳定电阻与第五电容两端并联。采用上述技术方案，本实用新型利用三级交错DC-DC升压电路将低直流电压转换为高直流电压进行处理，制定了低直流电压输入-高直流电压输出的升压变换器，升压结构简单，控制方便，可将输入较低直流电压升压处理，开关应力小，电源利用率高，输出电压稳定性好，安全系数高，能够适应电动汽车和通信电源等应用场合。本实用新型具有设计结构新颖、通用性强、成本低等优点。
图1为本实用新型电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型的技术方案作进一步的解释，但是以下的内容不用于限定本实用新型的保护范围。如图1所示，本实施例提供一种24V输入-385V输出的直流升压变换器，功率等级为2. OkW，包括依次级联的升压电路I和滤波电路2，升压电路I的输出端与滤波电路2的输入端相连。所述的升压电路I为高升压比直流电路第一电解电容El正极与输入电源正极Pl相连，负极与输入电源负极NI相连。第一电感LI两端分别与输入电源正极Pl和第一节点A相连，第二电感L2两端分别与输入电源正极Pl和第二节点B相连，第三电感L2两端分别与输入电源正极Pl和第三节点C相连。第一双向开关SI集电极与第一节点A相连，发射极与输入电源负极NI相连；第二双向开关S2集电极与第二节点B相连，发射极与输入电源负极NI相连；第三双向开关S3集电极与第三节点C相连，发射极与输入电源负极NI相连。第一二极管FRDl的阳极与第一节点A相连，阴极与第四节点D相连；第二二极管FRD2阳极与输出电源负极N2相连，阴极与第一节点A相连；第三二极管FRD3阳极与第四节点D相连，阴极与输出电源正极P2相连；第四二极管FRD4阳极与第三节点C相连，阴极与输出电源正极P2相连；第五二极管FRD5阳极与输出电源负极N2相连，阴极与第三节点C相连。第二电解电容负极与第二节点B相连，正极与第四节点D相连；第三电解电容负极与第五节点E相连，正极与第二节点B相连；第四电解电容负极与输出电源负极N2相连，正极与第五节点E相连。所述的高升压比直流电路I中双向开关的门极接受PWM脉冲控制信号，并且使得三个双向开关的工作时序为在一个开关周期内，初始时，第一双向开关S1、第二双向开关S2和第三双向开关S3同时开通；第一双向开关S1、第二双向开关S2和第三双向开关S3依次关断，时间依次相差1/3个开关周期，第一双向开关S1、第二双向开关S2和第三双向开关S3依次开通，时间依次相差1/3个开关周期；第二电解电容E2、第三电解电容E3和第四电 解电容E4的电压相等，第五电解电容E5的电压是第二电解电容E2、第三电解电容E3和第四电解电容E4的电压的3倍；每个双向开关接受PWM脉冲控制信号的占空比相同。如此循环，输出三倍压直流电压。所述的电感LI L3为ImH。所述的电解电容El为铝电解电容2200yF/50V，电解电容E2飞4为铝电解电容2200μ F/250V。所述的双向开关Sf S3由两个反并联共门极的功率IGBT组成，功率IGBT为IGBT400V/10A/1000 C，双向开关Sf S3的驱动脉冲根据开关电路所需的输出波形进行调节，开关频率为20kHz。所述的二极管FRDl FRD5为反向快速恢复型400V/50A/100。C。所述的滤波电路2为电容滤波电路，第五电解电容E5正极与输出电源正极P2相连，负极与输出电源负极N2相连,第一电阻Rl为稳定电阻与第五电容E5并联。所述的电解电容E5为铝电解电容2200μ F/400V。所述的电阻Rl 为 200k Ω，5%, 2. OkW。本实施例中，输入直流电压为24V，输出直流电压为385V。本实施例通过以下方式进行工作升压电路I中，在一个开关周期内，初始时，低压直流输入电压分别为第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3充电，双向开关S1、S2和S3的门极接受PWM脉冲控制信号，以占空比O. 67〈D〈1为例，如占空比为O. 8时，第一双向开关SI关断，第一电感LI为第二电解电容E2充电；0. 2个开关周期后，第一双向开关SI开通，第二电解电容E2为第五电解电容E5充电；2/15个周期后，第二双向开关S2关断，第二电感L2为第三电容电解E3充电；0. 2个开关周期后，第二双向开关S2开通，第三电解电容E3为第五电解电容E5充电；2/15个开关周期后，第三双向开关S3关断，第三电感L3为第四电解电容E4充电；0. 2个周期后，第三双向开关S3开通，第四电解电容E4为第五电解电容E5充电；当第一双向开关SI关断为第二电解电容E2充电完毕，当第二双向开关S2关断为第三电解电容E3充电完毕，当第三双向开关S3关断为第四电解电容E4充电完毕后，第二电解电容E2、第三电解电容E3和第四电解电容E4的电压相等，第五电解电容E5的电压是第二电解电容E2、第三电解电容E3和第四电解电容E4的电压的3倍；交替等占空比的脉冲控制信号分别驱动三个双向开关，由此实现高升压比直流过程。本实用新型采用三倍压交错DC-DC变换电路，将输入较低直流电压升高，滤波电路进一步滤波，实现由低直流电压变换为高直流压电输出。该电路结构简单，设计新颖，巧妙地将低直流电压转化为高直流电压进行处理，控制器设计也并不复杂，已获得仿真分析和实验初步验证。而现有的升压变换器方案的不足之处包括结构复杂，稳定性差，升压比低，成本较高的缺点。尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。
权利要求1.一种高升压比直流电源，包括升压电路和滤波电路，所述的升压电路的输出端与所述的滤波电路的输入端相连，其特征在于 所述的升压电路为高升压比直流电路第一电解电容正极与输入电源正极相连，负极与输入电源负极相连；第一电感两端分别与输入电源正极和第一节点A相连，第二电感两端分别与输入电源正极和第二节点B相连，第三电感两端分别与输入电源正极和第三节点C相连；第一双向开关集电极与第一节点A相连，发射极与输入电源负极相连；第二双向开关集电极与第二节点B相连，发射极与输入电源负极相连；第三双向开关集电极与第三节点C相连，发射极与输入电源负极相连；第一二极管的阳极与第一节点A相连，阴极与第四节点D相连；第二二极管阳极与输出电源负极相连，阴极与第一节点A相连；第三二极管阳极与第四节点D相连，阴极与输出电源正极相连；第四二极管阳极与第三节点C相连，阴极与输出电源端正极相连；第五二极管阳极与输出电源负极相连，阴极与第三节点C相连；第二电解电容负极与第二节点B相连，正极与第四节点D相连；第三电解电容负极与第五节点E相连，正极与第二节点B相连；第四电解电容负极与输出电源负极相连，正极与第五节点E相连。
2.根据权利要求1所述的一种高升压比直流电源，其特征在于所述的三个双向开关的门极接受PWM脉冲控制信号，并且使得三个双向开关的工作时序为在一个开关周期内，初始时，第一双向开关、第二双向开关和第三双向开关同时开通；第一双向开关、第二双向开关和第三双向开关依次关断，时间依次相差1/3个开关周期，第一双向开关、第二双向开关和第三双向开关依次开通，时间依次相差1/3个开关周期；第二电解电容、第三电解电容和第四电解电容的电压相等，第五电解电容的电压是第二电解电容、第三电解电容和第四电解电容的电压的3倍；每个双向开关的门极接受PWM脉冲控制信号的占空比相同；如此循环，输出三倍压直流电压。
3.根据权利要求1或2所述的一种高升压比直流电源，其特征在于所述的滤波电路为电容滤波电路，第五电解电容正极与输出电源正极相连，负极与输出电源负极相连，第一电阻为稳定电阻与第五电容两端并联。
4.根据权利要求1或2所述的一种高升压比直流电源，其特征在于所述的滤波电路的输出端输出高直流电压。
专利摘要本实用新型公开一种电力电子技术领域的高升压比直流电源，包括升压电路和滤波电路，所述升压电路的输出端与所述滤波电路的输入端相连，所述升压电路的输入端与电源的正极和负极相连；所述滤波电路为电容滤波电路，滤波电路的两端分别连接升压电路的两个输出端，并作为高升压比直流电源的输出端。本实用新型输出电压等级高，输出直流电压稳定，电路结构简单，开关应力小，电源利用率高，成本低廉，适合低直流电压输入-高直流电压输出的应用场合，如光伏发电、电动汽车和通信电源等。
文档编号H02M3/10GK202840948SQ201220352958
公开日2013年3月27日 申请日期2012年7月20日 优先权日2012年7月20日
发明者陆飞, 王男, 杨喜军, 唐厚君 申请人:上海交通大学