一种电流连续型高增益dc-dc变换器电路的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种电流连续型高增益DC-DC变换器电路，包括电压源，第一电感，第一二极管，第一电容，由第二电感、第三电感、第二电容、第三电容和第二二极管构成的两端阻抗网络，第三二极管，MOS管，第四电感，输出电容和负载。本发明以电压源、第一电感、第三二极管和MOS管依次串联构成第一级升压电路；以第一电容、两端阻抗网络和MOS管依次串联构成第二级升压电路；以第四电感、输出电容和负载构成输出电路。本发明整个电路结构简单，只用了一个MOS管，具有较高的输出电压增益，电源电流连续，负载电流连续，输出输入共地，两端阻抗网络中电容的电压应力低，且电路不存在启动冲击电流和MOS管开通瞬间的冲击电流。
【专利说明】—种电流连续型高增益DC-DC变换器电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力电子电路【技术领域】，具体涉及一种电流连续型高增益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。这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Z源升压DC-DC变换器是一种高增益DC-DC变换器，但该电路具有较高的阻抗网络电容电压应力，电源电流不连续，输出与输入不共地，且电路启动时存在很大启动冲击电流问题，限制了该电路在实际中的应用。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种电流连续型高增益DC-DC变换器电路，具体技术方案如下。
[0004]一种电流连续型高增益DC-DC变换器电路，包括电压源、第一电感、第一二极管、第一电容、两端阻抗网络、第三二极管、MOS管、第四电感、输出电容和负载。所述两端阻抗网络由第二电感、第三电感、第二电容、第三电容和第二二极管构成；所述电压源、第一电感、第三二极管和MOS管依次串联构成第一级升压电路；所述第一电容、两端阻抗网络和MOS管依次串联构成第二级升压电路；所述第四电感、输出电容和负载构成输出电路。
[0005]优选地，所述电压源的正极与第一电感的一端连接；所述第一电感的另一端分别与第一二极管的阳极和第三二极管的阳极连接；所述第一二极管的阴极分别与第一电容的正极、第二电感的一端和第二电容的负极连接；所述第二电感的另一端分别与第二二极管的阳极和第三电容的负极连接；所述第二二极管的阴极分别与第二电容的正极和第三电感的一端连接；所述第三电容的正极分别与第三电感的另一端、第三二极管的阴极、MOS管的漏极和第四电感的一端连接；所述第四电感的另一端分别与输出电容的正极和负载的一端连接；所述电压源的负极分别与第一电容的负极、输出电容的负极、负载的另一端和MOS管的源极连接。
[0006]与现有技术相比，本发明电路具有如下优点和技术效果:整个电路结构简单，电压增益更高，在相同输入电压的情况下，输出相同电压甚至更高电压时，两端阻抗网络中电容的电压应力反而降低了 ；对启动冲击电流具有很好的抑制作用，MOS管开通瞬间，输出电容也不会对MOS管产生冲击电流,可靠性提高；且输入电源电流连续,负载电流连续,输出与输入共地，因而更适合应用于燃料电池发电和光伏发电等新能源发电【技术领域】。
【专利附图】
【附图说明】[0007]图1是本发明【具体实施方式】中的一种电流连续型高增益DC-DC变换器电路。
[0008]图2a、图2b分别是图1所示一种电流连续型高增益DC-DC变换器电路在其MOS管S导通和关断时段的等效电路图。
[0009]图3a为本发明电路的增益曲线与基本升压电路的增益曲线的比较图。
[0010]图3b为图3a中本发明电路的增益曲线与基本升压电路的增益曲线在占空比d小于0.4内的比较图。
[0011]图4为两端阻抗网络中电容的电压与输出电压的比值随占空比d的变化情况。
[0012]图5为实例中电流连续型高增益DC-DC变换器电路的主要工作波形图。
【具体实施方式】
[0013]以下结合附图对本发明的具体实施作进一步描述。
[0014]参考图1，本发明所述的一种电流连续型高增益DC-DC变换器电路，其包括电压源Vi,第一电感L1,第一二极管D1,第一电容C1,由第二电感L2、第三电感L3、第二电容C2、第三电容C3和第二二极管D2构成的两端阻抗网络(如图1中虚线框所示)，第三二极管D3,MOS管S，第四电感L4,输出电容C。和负载所述电压源Vp第一电感L1、第三二极管D3和MOS管依次串联构成第一级升压电路；所述第一电容C1、两端阻抗网络和MOS管S依次串联构成第二级升压电路；所述第四电感L4、输出电容C。和负载&构成输出电路。MOS管S导通时，所述电压源Vi对第一电感L1充电储能；所述第一电容C1与第二电容C2 —起对第三电感L3充电储能；所述第一电容C1与第三电容C3 —起对第二电感L2充电储能；同时，第一电容C1与两端阻抗网络中的电容、第四电感L4 一起给输出电容C。和负载&供电。当MOS管S关断时，所述第一二极管D1和第二二极管D2均导通，所述电压源Vi与第一电感L1给第一电容C1充电储能，形成回路；第二电感L2与第二电容C2并联，形成回路；第三电感L3与第三电容C3并联，形成回路；同时，电压源Vi与第一电感L1、两端阻抗网络中的电感一起对第四电感L4、输出电容C。和负载&供电，形成回路。整个电路结构简单，只用了一个MOS管，具有比较高的输出电压增益，电源电流连续，负载电流连续，输出与输入共地，且两端阻抗网络中的电容电压应力低，电路不存在启动电流冲击和MOS管开通瞬间的电流冲击问题。
[0015]图1所示电路的具体连接如下:所述电压源的正极与第一电感的一端连接；所述第一电感的另一端分别与第一二极管的阳极和第三二极管的阳极连接；所述第一二极管的阴极分别与第一电容的正极、第二电感的一端和第二电容的负极连接；所述第二电感的另一端分别与第二二极管的阳极和第三电容的负极连接；所述第二极管的阴极分别与第二电容的正极和第三电感的一端连接；所述第三电容的正极分别与第三电感的另一端、第三二极管的阴极、MOS管的漏极和第四电感的一端连接；所述第四电感的另一端分与输出电容的正极和负载的一端连接；所述电压源的负极分别与第一电容的负极、输出电容的负极、负载的另一端和MOS管的源极连接。
[0016]图2a、图2b给出了本发明电路的工作过程图。图2a、图2b分别是MOS管S导通和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。
[0017]本发明的工作过程如下:
[0018]阶段1，如图2a:M0S管S导通，此时第三二极管D3导通，第一二极管D1和第二二极管D2均关断。电路形成了四个回路，分别是:电压源Vi对第一电感L1充电储能，形成回路；第一电容仏与第三电容C3—起对第二电感L2进行充电储能，形成回路；第一电容(^与第二电容C2 —起对第三电感L3进行充电储能，形成回路；第一电容C1与两端阻抗网络中的电容、第四电感L4 一起对输出电容C。和负载&供电，形成回路。
[0019]阶段2，如图2b:M0S管S关断，此时第三二极管D3关断，第一二极管D1和第二极管D2导通。电路形成了四个回路，分别是:电压源Vi与第一电感L1给第一电容C1充电储能，形成回路；第二电感L2对第二电容C2充电，形成回路；第三电感L3对第三电容C3充电，形成回路；电压源\与第一电感L1、两端阻抗网络中的电感一起对第四电感L4、输出电容C。和负载&供电，形成回路。
[0020]综上情况，设MOS管S的占空比为d，开关周期为Ts。由于两端阻抗网络的对称性，即第二电感L2与第三电感L3的电感量相等，第二电容C2与第三电容C3的电容值相等。因此，有 VL2 = VL3 = VL，Vc2 = Vc3 = VCo VL2> VL3> Vc2 和 Vc3 分别是第二电感 L2、第三电感 L3、第二电容C2和第三电容C3的电压，并设定\和V。分别为两端阻抗网络电感电压和电容电压，Vli和Vm分别为第一电感L1和第四电感L3的电压，Va为第一电容C1的电压，Vs为MOS管S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，得出以下的电压关系推导过程。
[0021]MOS管S导通期间，对应阶段I所述的工作情形，因此有如下公式:
[0022]vL1 = Vi (I)
[0023]vL2 = vL = Vci+Vc3 = VC1+VC (2)
[0024]vL3 = vL = Vci+Vc2 = VC1+VC (3)
[0025]vL4 = -V0 (4)
[0026]MOS管S导通时间为dTs。
[0027]MOS管S关断期间，对应阶段2所述的工作情形，因此有如下公式:
[0028]vL1 = V1-Vci (5)
[0029]vL2 = vL = -Vc2 = -Vc (6)
[0030]vL3 = vL = -Vc3 = -Vc (J)
[0031]Vs = Vcl-vL+Vc = VC1+2VC (8)
[0032]vL4 = Vs-V0 = VC1+2VC-V0 (9)
[0033]MOS管S关断时间为(1-d) Ts。
[0034]根据以上分析，对电感1^运用电感伏秒数守恒原理，联立式⑴和式(5)可得:
[0035]ViClV(V1-Vci) (1-d) Ts = O (10)
[0036]因而，可得出第一电容C1的电压Va与电压源Vi之间的关系式为:
[0037]
【权利要求】
1.一种电流连续型高增益DC-DC变换器电路，其特征在于包括电压源(Vi)、第一电感(U)、第一二极管(D1X第一电容(C1X两端阻抗网络、MOS管(S)、第四电感(L4)、输出电容(C。)和负载(?);所述两端阻抗网络由第二电感化2)、第三电感(l3)、第二电容(c2)、第三电容(C3)和第二二极管(D2)构成；所述电压源(Vi)、第一电感(Li)、第三二极管(D3)和MOS管(S)依次串联构成第一级升压电路；所述第一电容(C1X两端阻抗网络和MOS管(S)依次串联构成第二级升压电路；所述第四电感(l4)、输出电容(C。)和负载(?)构成输出电路。
2.根据权利要求1所述的一种电流连续型高增益DC-DC变换器电路，其特征在于所述电压源(Vi)的正极与第一电感(L1)的一端连接；所述第一电感(L1)的另一端分别与第一二极管(D1)的阳极和第三二极管(D3)的阳极连接；所述第一二极管(D1)的阴极分别与第一电容(C1)的正极、第二电感(L2)的一端和第二电容(C2)的负极连接；所述第二电感(L2)的另一端分别与第二二极管(D2)的阳极和第三电容(C3)的负极连接；所述第二二极管(D2)的阴极分别与第二电容(C2)的正极和第三电感(L3)的一端连接；所述第三电容(C3)的正极分别与第三电感(L3)的另一端、第三二极管(D3)的阴极、MOS管(S)的漏极和第四电感(L4)的一端连接；所述第四电感(L4)的另一端分别与输出电容(C。)的正极和负载(?)的一端连接；所述电压源(Vi)的负极分别与第一电容(C1)的负极、输出电容(C。)的负极、负载(?)的另一端和MOS管(S)的源极连接。
3.根据权利要求1所述的一种电流连续型高增益DC-DC变换器电路，其特征在于: 当MOS管(S)导通时，所述第三二极管(D3)导通，第一二极管(D1)和第二二极管(D2)均关断，电压源(Vi)对第一电感(L1)充电储能；所述第一电容(C1)与第二电容(C2) —起对第三电感(L3)充电储能；所述第一电容(C1)与第三电容(C3) —起对第二电感(L2)充电储能；同时，第一电容(C1)与 两端阻抗网络中的电容、第四电感(L4) 一起给输出电容(C。)和负载(?)供电； 当MOS管(S)关断时，所述第一二极管(D1)和第二二极管(D2)均导通，所述电压源Vi与第一电感L1给第一电容C1充电储能，形成回路；第二电感(L2)与第二电容(C2)并联，形成回路；第三电感化3)与第三电容(C3)并联，形成回路；同时，电压源(Vi)与第一电感(L1X两端阻抗网络中的电感一起给第四电感(L4)、输出电容(C。)和负载(?)供电。
【文档编号】H02M3/155GK104009633SQ201410191450
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月7日 优先权日:2014年5月7日
【发明者】丘东元, 杨立强, 张波, 张桂东, 黄子田 申请人:华南理工大学