一种单开关高增益升压变换器的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种单开关高增益升压变换器，主要包括由直流电压源、第一电感、第四二极管、第四电容和输出负载构成的普通Boost升压电路环节；由第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一电容、第二电容、第三电容、第二电感和第三电感构成的储能电路环节。本实用新型结构简单，与现有的直流升压型变换器相比，在占空比相同的情况下，具有更大的电压增益；开关管关断时承受的开关应力较低；只用一个开关管控制电路的工作，控制简单，适用于需要高电压增益的直流电压变换场合。
【专利说明】一种单开关高增益升压变换器【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电力电子变换器【技术领域】，具体涉及一种单开关高增益升压变换器。
【背景技术】
[0002]在太阳能发电系统或者燃料电池系统中，由于单块太阳能电池或者单个燃料电池提供的都是电压较低的直流电，不能满足现有用电设备的用电需求，也不能满足并网的要求，因此需要把低电压直流电转换为实际需要的高压直流电。因而高增益、性能稳定的升压变换器成为一个研究热点，该研究对推动光伏、燃料电池产业的发展具有很大的意义。
[0003]最基本的升压变换器是单管Boost变换器，然而这种变换器的升压范围十分有限，很难满足高增益的变换要求。目前，高增益的单开关升压变换器主要有三种。第一种是利用变压器，在原有的直流-直流变换器中间加入一个高频的变压器，通过改变变压器变比实现高增益升压的目的。此时，电能的转化过程实际上由原来的直流-直流，变为直流-交流-交流-直流，整个系统的能量转换效率降低。第二种是利用耦合电感，但耦合电感结构复杂，不利于工业加工，难以保证电路的一致性，并且会引起开关器件电压应力过高，带来电磁干扰等影响，导致变换器工作损耗较大。第三种是加入级联升压单元，单元数越多，电压增益越大,但电路元件数越多，结构越复杂。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种单开关高增益升压变换器。
[0005]本实用新型适用于光伏系统、燃料电池系统、能量回收系统等需要用到高增益高性能电力电子变换器的场合。
[0006]本实用新型通过如下技术方案实现:
[0007]—种单开关高增益升压变换器，包括普通Boost升压电路环节、储能电路环节。
[0008]所述普通Boost升压电路环节包括直流电压源、第一电感、第四二极管、第四电容和输出负载；储能电路环节包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一电容、第二电容、第三电容、第二电感和第三电感。
[0009]所述第一电感一端与直流电压源的正极连接，另一端分别与第一二极管的阳极、第二二极管的阳极连接；
[0010]所述的第二二极管的阴极分别与开关管的漏极、第二电容的一端、第三电感的一端和第四二极管的阳极连接；
[0011]所述的第二电容的另一端分别与第三二极管的阳极、第二电感的一端连接；
[0012]所述的第三电感的另 一端分别与第三电容的一端，第三二极管的阴极连接；
[0013]所述的第二电感的另一端分别与第一电容的一端和第一二极管的阴极连接；
[0014]所述的第一电容的另一端分别与直流电压源负极、第三电容另一端、第四电容的一端、负载的一端、开关管源极连接；
[0015]所述的第四二极管的阴极分别与第四电容的另一端和负载的另一端连接。
[0016]与现有技术相比本实用新型具有如下优点:
[0017]本实用新型结构简单，与现有的直流升压型变换器相比，在占空比相同的情况下，具有更大的电压增益；开关管关断时承受的开关应力较低；只用一个开关管控制电路的工作，控制简单，适用于需要高电压增益的直流电压变换场合。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型实施的一种单开关高增益升压变换器的电路图；
[0019]图2、图3和图4分别是图1所示本实用新型实施例电路在一个开关周期内的工作模态图。其中图2是开关管S导通时的工作模态图，图3、图4是开关管S关断时的两种工作模态图。图中实线表示变换器中有电流流过的部分，虚线表示变换器中没有电流流过的部分。
[0020]图5分别是本实用新型实施例在输入电&Vg=12V，开关S的占空比D=0.4，负载Rl=50 Ω时的输出电压V。，开关管两端电压Vds、流过二极管(D1、D2、D3、D4)电流的波形图。
[0021]图6是本实用新型实施例电路在占空比(0〈D〈0.5)下的输出电压增益M和开关管S占空比D的关系图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图，对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
[0023]如图1所示，一种单开关高增益升压变换器包括普通Boost升压电路环节、储能电路环节。
[0024]所述普通Boost升压电路环节包括直流电压源Vg、第一电感L1、第四二极管D4、第四电容C4和输出负载& ;储能电路环节包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第二电感L2和第三电感L3。
[0025]具体连接方式:
[0026]所述第一电感L1 一端与直流电压源的正极连接，另一端分别与第一二极管D1的阳极、第二二极管D2的阳极连接；
[0027]所述的第二二极管D2的阴极分别与开关管S的漏极、第二电容C1的一端、第三电感L3的一端和第四二极管D4的阳极连接；
[0028]所述的第二电容C1的另一端分别与第三二极管D3的阳极、第二电感L2的一端连接;
[0029]所述的第三电感L3的另一端分别与第三电容C3的一端，第三二极管C3的阴极连接;
[0030]所述的第二电感L2的另一端分别与第一电容C2的一端和第一二极管D1的阴极连接；
[0031]所述的第一电容C2的另一端分别与直流电压源负极、第三电容C3另一端、第四电容C4的一端、负载Rlj的一端、开关管S源极连接；[0032]所述的第四二极管D4的阴极分别与第四电容(；的另一端和负载&的另一端连接。
[0033]本实用新型只对电路中电感电流连续的实施例进行分析。
[0034]工作模态1:
[0035]如图2所示，开关管S导通，设开关管S的占空比为D。第二二极管D2导通，第一电感L1电流增大，第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4放电，第二电感L2、第三电感L3电流也增大。该阶段第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3两端承受的电压Vu、'2、Vu分别为:
[0036]Vli = Vg(I)
[0037]VL2 = Vcl+Vc2(2)
[0038]VL3 = Vc3(3)
[0039]其中，Vg为输入电源电压，Vcl> Vc2> Vc3> Vli> VL2> Vl3分别表不第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3两端的电压。
[0040]工作模态2:
[0041]如图3所示，开关管S关断，第四二极管D4尚未导通，第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3电流减小，第四电容C4继续放电，第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3充电。该阶段第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3两端承受的电压Vu、\2、Vl3分别为:
[0042]Vli = Vg-Vc2(4)`[0043]VL2 = Vc2-Vc3(5)
[0044]VL3 = Vcl(6)
[0045]工作模态3:
[0046]如图4所示，开关管S关断，第四二极管D4导通。当VC3+VC1>VC4时，电路进入工作模态3。第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3电流继续减小，第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4充电。该阶段第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3两端承受的电压Vu、Vl2、Vl3 分别为式(4)、式(5)、式(6)。
[0047]设开关管S占空比为D，根据电感伏秒平衡特性，以及联立式(I)~式(6)可得:
[0048]Vg □ D+(Vg-Vc2) (1-D) = O(7)
[0049](Vcl+Vc2) □ D+(Vc2-Vc3) (1-D) = O(8)
[0050]Vc3 □ D = Vcl(1-D)(9)
[0051]联立式(7)~(8)，得:
【权利要求】
1.一种单开关高增益升压变换器，其特征在于包括普通Boost电路环节和储能电路环节；普通Boost升压电路环节包括直流电压源(Vg)、第一电感(L1X第四二极管(D4)、第四电容(C4)和输出负载(?);储能电路环节包括第一二极管(D1X第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第一电容(C1X第二电容(C2)、第三电容(C3)、第二电感化2)和第三电感(L3)； 所述第一电感(L1) 一端与直流电压源的正极连接，另一端分别与第一二极管(D1)的阳极、第二二极管(D2)的阳极连接； 所述的第二二极管(D2)的阴极分别与开关管(S)的漏极、第二电容(C1)的一端、第三电感(L3)的一端和第四二极管(D4)的阳极连接； 所述的第二电容(C1)的另一端分别与第三二极管(D3)的阳极、第二电感(L2)的一端连接; 所述的第三电感(L3)的另一端分别与第三电容(C3)的一端，第三二极管(C3)的阴极连接; 所述的第二电感(L2)的另一端分别与第一电容(C2)的一端和第一二极管(D1)的阴极连接； 所述的第一电容(C2)的另一端分别与直流电压源负极、第三电容(C3)另一端、第四电容(C4)的一端、负载(?)的一端、开关管(S)源极连接； 所述的第四二极管(D4)的阴 极分别与第四电容(C4)的另一端和负载(?)的另一端连接。
【文档编号】H02M3/07GK203590025SQ201320575151
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年9月16日 优先权日:2013年9月16日
【发明者】丘东元, 戴晓娟, 张波 申请人:华南理工大学