一种基于新型电压增益单元的单开关高增益Boost变换器的制作方法

本发明涉及一种单开关高增益升压dc-dc变换器，具体是一种基于新型电压增益单元的单开关高增益boost变换器。

背景技术：

因光伏、燃料电池发电等应用场合的需求，非隔离型高增益dc-dc变换器近年来得到了快速发展。其中利用电压增益单元来提高传统boost变换器输入输出增益的思路也得到了广泛研究，受限于现有电压增益单元的电路结构限制，这类方案常需要两个基本boost变换器以交错并联的形式连接，具有以下优点：(1)输入输出增益高且可调节；(2)开关器件电压应力低。这类变换器也存在一些共同的局限性：(1)需要两个开关管，且控制信号需要相互配合；(2)开关管占空比需大于0.5，使得变换器输入输出增益区间受限。因而如能构建出可以适用于单相boost变换器的电压增益单元，对于构建新型高增益dc-dc变换器具有重要意义。

技术实现要素：

为解决现有电压增益单元在应用于boost变换器中所存在的开关数量多、占空比受限等问题，本发明基于所构建新型电压增益单元，提出一种基于新型电压增益单元的单开关高增益boost变换器。

本发明采取的技术方案为：

一种基于新型电压增益单元的单开关高增益boost变换器，该变换器包含一个直流输入源，一个负载rl，一个基本boost变换器，n个电压增益单元；其中：

基本boost变换器包含一个电感l1，一个电容c1，一个功率开关s1，一个二极管d1。其连接形式如下：电感l1的左端接输入电源的正极，电感l1的右端连接功率开关s1的漏极以及二极管d1的阳极，二极管d1的阴极与电容c1的上端相连，功率开关s1的源极、电容c1的下端与输入电源的负极相连；

n个电压增益单元的元器件和内部连接形式均相同，以第i个扩展单元为例说明，其含有：一个电感li1，一个二极管di1，两个电容ci1、ci2，其中电容ci1的右端与电感li1的上端以及二极管di1的阳极相连，二极管di1的阴极与电容ci2的上端相连。

各个电压增益单元之间的连接形式如下，1<i≤n：

第i-1个电压增益单元中电容c(i-1)1的右端、电感l(i-1)1的上端以及二极管d(i-1)1的阳极相连的交点与第i个电压增益单元中电容ci1的左端相连，第i-1个电压增益单元中二极管d(i-1)1的阴极与电容c(i-1)2的上端相连的交点与第i个电压增益单元中电感li1的下端相连，第i-1个电压增益单元中电容c(i-1)2的下端与第i个电压增益单元中电容ci2的下端以及输入电源的负极相连；

第1个电压增益单元与基本boost变换器之间的连接关系如下：基本boost变换器中电感l1的右端与功率开关s1的漏极以及二极管d1的阳极相连的交点与第1个扩展单元中电容c11的左端相连，基本boost变换器中二极管d1的阴极与电容c1的上端相连的交点与第1个扩展单元中电感l11的下端相连。

负载rl的两端与第n个扩展单元中电容cn2的两端相连。

所述功率开关s1的栅极接其控制器，其占空比可以在0至1之间变化。

本发明一种基于新型电压增益单元的单开关高增益boost变换器，技术效果如下：

1、输入输出增益高且可调，开关器件电压应力低且可调。其中(电感l1的电流连续导通时)：

输出电压与输入电压的比值为：

开关管电压应力为：

其中d为占空比，uin为输入电压，uo为输出电压，us为功率开关电压应力，n为电压增益单元数量。

2、仅含有1个功率开关，控制策略及驱动电路简单。

附图说明

图1是本发明电路原理图。

图2是本发明扩展单元数为1时的电路拓扑图。

图3是传统boost变换器的电路拓扑图。

图4是本发明扩展单元数为1时的输入输出增益与传统boost变换器的输入输出增益对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图2所示：一种基于新型电压增益单元的单开关高增益boost变换器，该变换器包含一个直流输入源，一个负载rl，一个基本boost变换器，n个电压增益单元；其中：

基本boost变换器包含一个电感l1，一个电容c1，一个功率开关s1，一个二极管d1。其连接形式如下：电感l1的左端接输入电源的正极，电感l1的右端连接功率开关s1的漏极以及二极管d1的阳极，二极管d1的阴极与电容c1的上端相连，功率开关s1的源极、电容c1的下端与输入电源的负极相连；

n个电压增益单元的元器件和内部连接形式均相同，以第i个扩展单元为例说明，其含有：一个电感li1，一个二极管di1，两个电容ci1、ci2，其中电容ci1的右端与电感li1的上端以及二极管di1的阳极相连，二极管di1的阴极与电容ci2的上端相连。

各个电压增益单元之间的连接形式如下，1<i≤n：

第i-1个电压增益单元中电容c(i-1)1的右端、电感l(i-1)1的上端以及二极管d(i-1)1的阳极相连的交点与第i个电压增益单元中电容ci1的左端相连，第i-1个电压增益单元中二极管d(i-1)1的阴极与电容c(i-1)2的上端相连的交点与第i个电压增益单元中电感li1的下端相连，第i-1个电压增益单元中电容c(i-1)2的下端与第i个电压增益单元中电容ci2的下端以及输入电源的负极相连；

第1个电压增益单元与基本boost变换器之间的连接关系如下：基本boost变换器中电感l1的右端与功率开关s1的漏极以及二极管d1的阳极相连的交点与第1个扩展单元中电容c11的左端相连，基本boost变换器中二极管d1的阴极与电容c1的上端相连的交点与第1个扩展单元中电感l11的下端相连。

负载rl的两端与第n个扩展单元中电容cn2的两端相连。

所述功率开关s1的栅极接其控制器，其占空比可以在0至1之间变化。

在电感l1的电流连续导通时，根据功率开关状态的不同，可以将电路分为2种工作状态：

(1)：功率开关s1导通，二极管d1、d11均关断，此时电感l1、l11、电容c11充电，电容c1、c12放电；电感l1、l2、l11端电压如下式所示：

(2)：功率开关s1关断，二极管d1、d11均导通，此时电感l1、l11、电容c11放电，电容c1、c12充电；电感l1、l2、l11端电压如下式所示：

本发明的上述实施实例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案,所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。