一种具有开关电感结构的BOOST变换器的制作方法

本发明涉及一种直流-直流变换器，具体是一种具有开关电感结构的boost变换器。

背景技术：

boost直流变换器伴随着以太阳能电源、风力发电、燃料电池为代表的新型电源和以化学电源、超级电容为代表的电能存贮设备的发展而发展起来的，并将随着这类无污染电源的广泛应用而得到广发应用。其中光伏发电及其并网系统获得了人们的广泛关注。在这些微网系统和并网系统中，每种能源形式均需要一个boost变换器，所以需要输入电压范围更高的boost变换器。但是现有的boost变换器虽然有稳定的输出电压，但是还存在着结构复杂，成本较高，功率器件电压应力高、电流纹波大，体积大等缺陷。

技术实现要素：

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提供了一种具有开关电感结构的boost变换器，解决了现有技术中电压增益低、电流纹波大、功率器件电压应力大的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种具有开关电感结构的boost变换器，直流输入电源v的正极与单向整流二极管d1的阳极、耦合电感器的绕组l1的同名端相连，单向整流二极管d1的阴极与单向整流二极管d2的阴极、耦合电感器的绕组l2的同名端相连，耦合电感器的绕组l1的另一端与单向整流二极管d2、单向整流二极管d3的阳极相连，耦合电感器的绕组l2的另一端与单向整流二极管d4的阳极、功率开关管s1的漏极、单向整流二极管d3的阴极相连，整流二极管d4的阴极与输出滤波电容c1的一端相连，输出滤波电容c1的另一端与输出滤波电容c2的一端相连，功率开关管s1的源极与功率开关管s2的漏极相连，功率开关管s2的源极与单向整流二极管d5的阴极、直流输入电源v的负极相连，二极管d5的阳极与输出滤波电容c2的另一端相连。

本发明的优点效果如下：

本发明的变换器有四种工作模式：功率开关管s1、功率开关管s2导通模式，耦合电感器的绕组l1、绕组l2并联，处于充电状态，输出滤波电容c1、输出滤波电容c2处于放电状态；功率开关管s1导通，功率开关管s2关断模式，耦合电感器的绕组l1、绕组l2并联，处于充电状态，输出滤波电容c1、输出滤波电容c2处于放电状态；功率开关管s1关断，功率开关管s2导通模式，耦合电感器的绕组l1、绕组l2并联，处于充电状态，输出滤波电容c1、输出滤波电容c2处于放电状态；功率开关管s1、功率开关管s2关断模式，耦合电感器的绕组l1、绕组l2串联，处于放电状态，输出滤波电容c1、输出滤波电容c2处于充电状态；

本发明利用开关电感单元的内在特性，在功率开关管导通时，耦合电感器的绕组并联储能；在功率开关管关断时，耦合电感器的绕组串联放电，从而实现输出升压，结合boost变换器可达到输出电压的高增益。

附图说明

图1是本发明的一种具有开关电感结构的新型boost变换器的拓扑结构图。

图2是本发明的一种具有开关电感结构的新型boost变换器，功率开关管（s1、s2）导通模态图。

图3是本发明的一种具有开关电感结构的新型boost变换器，功率开关管（s1）导通，功率开关管（s2）关断模态图。

图4是本发明的一种具有开关电感结构的新型boost变换器，功率开关管（s1）关断，功率开关管（s2）导通模态图。

图5是本发明的一种具有开关电感结构的新型boost变换器，功率开关管（s1、s2）关断模态图。

具体实施方式

实施例

如图1所示，一种具有开关电感结构的boost变换器，直流输入电源v的正极与单向整流二极管d1的阳极、耦合电感器的绕组l1的同名端相连，单向整流二极管d1的阴极与单向整流二极管d2的阴极、耦合电感器的绕组l2的同名端相连，耦合电感器的绕组l1的另一端与单向整流二极管d2、单向整流二极管d3的阳极相连，耦合电感器的绕组l2的另一端与单向整流二极管d4的阳极、功率开关管s1的漏极、单向整流二极管d3的阴极相连，整流二极管d4的阴极与输出滤波电容c1的一端相连，输出滤波电容c1的另一端与输出滤波电容c2的一端相连，功率开关管s1的源极与功率开关管s2的漏极相连，功率开关管s2的源极与单向整流二极管d5的阴极、直流输入电源v的负极相连，二极管d5的阳极与输出滤波电容c2的另一端相连。

本发明的变换器有四种工作模式，分别如图2、3、4、5所示，详细描述如下。

如图2所示，功率开关管s1、功率开关管s2导通模式；在此模式下，单向整流二极管d1、单向整流二极管d3导通，单向整流二极管d2、单向整流二极管d4、单向整流二极管d5关断，输出滤波电容c1、输出滤波电容c2处于放电状态，为负载端供电。耦合电感器的电感绕组l1、电感绕组l2并联，处于充电状态，其上电流il1、电流il2上升。

如图3所示，功率开关管s1导通，功率开关管s2关断；在此模式下，单向整流二极管d1、单向整流二极管d3、单向整流二极管d5导通，单向整流二极管d2、单向整流二极管d4关断，输出滤波电容c1、输出滤波电容c2处于充电状态。耦合电感器的电感绕组l1、电感绕组l2并联，处于充电状态，其上电流il1、电流il2上升。

如图4所示，功率开关管s1关断，功率开关管s2导通；在此模式下，单向整流二极管d1、单向整流二极管d3、单向整流二极管d4导通，单向整流二极管d2、单向整流二极管d5关断，输出滤波电容c1、输出滤波电容c2处于充电状态。耦合电感器的电感绕组l1、电感绕组l2并联，处于充电状态，其上电流il1、电流il2上升。

如图5所示，功率开关管s1、功率开关管s2关断模式；在此模式下，单向整流二极管d1、单向整流二极管d3关断，单向整流二极管d2、单向整流二极管d4、单向整流二极管d5导通，输出滤波电容c1、输出滤波电容c2处于充电状态。耦合电感器的电感绕组l1、电感绕组l2串联，处于放电状态，其上电流il1、电流il2下降。

本发明的一种具有开关电感结构的新型boost变换器，在这四种能量传输模态下，完成能量的转换，实现变换器结构简单，体积小，电压增益高，电流纹波小，功率器件电压应力小，使用寿命长的特点。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种具有开关电感结构的新型BOOST变换器，包括一个直流输入源，两个功率开关管，一个带有两个绕组的耦合电感器，五个单向整流二极管，两个输出滤波电容。与现有BOOST变换器相比，本发明的一种具有开关电感结构的新型BOOST变换器在相同占空比的情况下，具有更大的升压变比，功率开关管电压应力低，控制策略简单，电流纹波低，体积小的特点。

技术研发人员：王秋实;袁野;翟铁军;姜鑫泽;肖立东;杨朔鹏;王明宇
受保护的技术使用者：国网辽宁省电力有限公司铁岭供电公司;国家电网有限公司
技术研发日：2018.07.27
技术公布日：2018.11.02