一种高升压比直流转换装置的制作方法

本实用新型属于电力电子领域，尤其涉及一种高升压比直流转换装置。

背景技术：

随着新能源的推广，由于太阳能、燃料电池、蓄电池等输入源具有输入电压较低的特性，高升压比直流转换装置成为不可或缺的关键部件。传统的高升压比直流转换装置如图1所示，为非隔离boost升压变换器，在高输出电压场合，由于寄生参数的影响不可能达到很高的输入输出电压比。而另一种传统的高升压比直流转换装置是隔离升压电路，如图2所示，隔离升压电路中必须用到的变压器，通常具有隔离、变压的功能，在那些不需要隔离或体积要求较小的应用场合，通过变压器升压就不是一个很好的选择。

故传统的高升压比直流转换装置存在无法在减小体积的同时提高输入输出电压比的缺陷。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种高升压比直流转换装置，旨在解决传统的高升压比直流转换装置存在的高升压比直流转换装置存在无法在减小体积的同时提高输入输出电压比的问题。

本实用新型提供了一种高升压比直流转换装置，与电池连接，所述高升压比直流转换装置包括第一开关管、第二开关管、第一谐振电感、第一谐振电容、第一电容、第一二极管以及第二二极管；

所述电池的正极与所述第一开关管的漏极、所述第一二极管的正极以及所述第一电容的第一端连接，所述第一开关管的源极与所述第二开关管的漏极、所述第一谐振电感的第一端连接，所述第一谐振电感的第二端与所述第一谐振电容的第一端连接，所述第一谐振电容的第二端与所述第一二极管的负极和所述第二二极管的正极连接，所述第二二极管的负极和所述第一电容的第二端共同构成所述高升压比直流转换装置的第一输出端，所述电池的负极和所述第二开关管的源极共同构成所述高升压比直流转换装置的第二输出端。

在其中一个实施例中，所述高升压比直流转换装置还包括：

与第一开关管和第二开关管连接，用于生成第一控制信号和第二控制信号的控制模块。

在其中一个实施例中，所述高升压比直流转换装置还包括第三开关管、第四开关管、第二谐振电感、第二谐振电容、第三二极管以及第四二极管；

所述第三开关管的漏极与所述电池的正极连接，所述第三开关管的源极与所述第四开关管的漏极和所述第二谐振电感的第一端连接，所述第二谐振电感的第二端与所述第二谐振电容的第一端连接，所述第二谐振电容的第二端与所述第三二极管的正极和所述第四二极管的负极连接，所述第二二极管的负极、所述第一电容的第二端和所述第三二极管的负极为所述高升压比直流转换装置的第一输出端，所述第四二极管的正极与所述电池的正极、所述第一开关管的漏极、所述第三开关管的漏极、所述第一二极管的正极以及所述第一电容的第一端连接，所述电池的负极、所述第二开关管的源极和所述第四开关管的源极共同构成所述高升压比直流转换装置的第二输出端。

在其中一个实施例中，所述第一开关管和第二开关管为场效应管或者igbt管。

在其中一个实施例中，所述高升压比直流转换装置还包括2n个倍压电容和2n个倍压二极管；

第1个倍压电容的第一端与所述第一谐振电容的第二端、所述第一二极管的负极和所述第二二极管的正极连接，所述第1个倍压二极管的正极与第2个倍压电容的第一端、所述第二二极管的负极和所述第一电容的第二端连接，第2i-1个倍压电容的第二端与第2i-1个倍压二极管的负极、第2i个倍压二极管的正极以及第2i+1个倍压电容的第一端连接，所述第2i个倍压电容的第二端与所述第2i个倍压二极管的负极、第2i+1个倍压二极管的正极以及第2i+2个倍压电容的第一端连接，第2n个倍压电容的第二端和第2n个倍压二极管的负极为所述高升压比直流转换装置的第一输出端；

其中，n为自然数，i为小于等于n的自然数。

在其中一个实施例中，所述第三开关管和第四开关管为场效应管或者igbt管。

在其中一个实施例中，所述高升压比直流转换装置还包括滤波电容；

所述滤波电容的第一端和所述滤波电容的第二端分别于所述高升压比直流转换装置的第一输出端和所述高升压比直流转换装置的第二输出端连接。

本实用新型实施例由于可以在第二开关管导通且所述第一开关管截止时，电池电压对谐振电容充电，并且所述电池电压和第一电容对负载放电；在第二开关管截止且第一开关管导通时，谐振电容对所述第一电容充电，且对负载放电；由于采用了由第一电容c1、第一二极管d1以及第二二极管d2组成的倍压电路，提高了输入输出电压比，同时避免了使用变压器，减小了体积；而且，采用串联谐振，实现了功率器件的软开关，降低了开关损耗，提高了效率，能够实现更高的开关频率，从而减小了体积。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术实用新型，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为传统的高升压比直流转换装置的一种示例电路图；

图2为传统的高升压比直流转换装置的另一种示例电路图；

图3为本实用新型实施例提供的高升压比直流转换装置的一种示例电路图；

图4为本实用新型实施例提供的高升压比直流转换装置的另一种示例电路图；

图5为本实用新型实施例提供的高升压比直流转换装置的另一种示例电路图；

图6为本实用新型实施例提供的高升压比直流转换装置的另一种示例电路图；

图7为本实用新型实施例提供的高升压比直流转换装置的另一种示例电路图；

图8为本实用新型实施例提供的高升压比直流转换装置的一种电流流向示意图；

图9为本实用新型实施例提供的高升压比直流转换装置的另一种电流流向示意图；

图10为图3所示电路图对应的流经第一谐振电容和第一谐振电感的电流波形；

图11为图3所示电路图对应的流经第一开关管和第一二极管的电流波形图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

图3示出了本实用新型实施例提供的高升压比直流转换装置的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，详述如下：

上述高升压比直流转换装置与电池连接，高升压比直流转换装置包括第一开关管s1、第二开关管s2、第一谐振电感lr1、第一谐振电容cr1、第一电容c1、第一二极管d1以及第二二极管d2；

电池bat的正极与第一开关管s1的漏极、第一二极管d1的正极以及第一电容c1的第一端连接，第一开关管s1的源极与第二开关管s2的漏极、第一谐振电感lr1的第一端连接，第一谐振电感lr1的第二端与第一谐振电容cr1的第一端连接，第一谐振电容cr1的第二端与第一二极管d1的负极和第二二极管d2的正极连接，第二二极管d2的负极和第一电容c1的第二端共同构成高升压比直流转换装置的第一输出端，电池bat的负极和第二开关管s2的源极共同构成高升压比直流转换装置的第二输出端。

第一开关管和第二开关管为场效应管或者igbt管。

第一开关管和第二开关管按照50％的占空比互补导通，第一谐振电感lr1和第一谐振电容cr1实现串联谐振，为第一开关管s1、第二开关管s2、第一二极管d1以及第二二极管d2的软开关提供条件，第一二极管d1以及第二二极管d2实现对第一电容c1的充电控制。当开关频率等于谐振频率时，高升压比直流转换装置的输出电压为电池电压和第一电容c1的电压的和，即为两倍的电池电压。

如图4所示，高升压比直流转换装置还包括控制模块01。

控制模块01与第一开关管s1和第二开关管s2连接，用于生成第一控制信号和第二控制信号。

如图5所示，高升压比直流转换装置还包括第三开关管s3、第四开关管s4、第二谐振电感lr2、第二谐振电容cr2、第三二极管d3以及第四二极管d4；

第三开关管s3的漏极与电池bat的正极连接，第三开关管s3的源极与第四开关管s4的漏极和第二谐振电感lr2的第一端连接，第二谐振电感lr2的第二端与第二谐振电容cr2的第一端连接，第二谐振电容cr2的第二端与第三二极管d3的正极和第四二极管d4的负极连接，第二二极管d2的负极、第一电容c1的第二端和第三二极管d3的负极为高升压比直流转换装置的第一输出端，第四二极管d4的正极与电池bat的正极、第一开关管s1的漏极、第三开关管s3的漏极、第一二极管d1的正极以及第一电容c1的第一端连接，第四开关管s4的源极为高升压比直流转换装置的第一输出端，电池bat的负极、第二开关管s2的源极和第四开关管s4的源极共同构成高升压比直流转换装置的第二输出端。

第三开关管和第四开关管为场效应管或者igbt管。

其中，第三开关管s3的控制信号为第一控制信号，第四开关管s4的控制信号为第二控制信号。通过两路交错并联，减少了第一电容的电流纹波，从而减少了高升压比直流转换装置输出电流的纹波。

如图6所示，高升压比直流转换装置还包括2n个倍压电容和2n个倍压二极管。

第1个倍压电容cp1的第一端与第一谐振电容cr1的第二端、第一二极管d1的负极和第二二极管d2的正极连接，第1个倍压二极管dp1的正极与第2个倍压电容cp2的第一端、第二二极管d2的负极和第一电容c1的第二端连接，第2i-1个倍压电容cp2i-1的第二端与第2i-1个倍压二极管dp2i-1的负极、第2i个倍压二极管dp2i的正极以及第2i+1个倍压电容cp2i+1的第一端连接，第2i个倍压电容cp2i的第二端与第2i个倍压二极管dp2i的负极、第2i+1个倍压二极管dp2i+1的正极以及第2i+2个倍压电容cp2i+2的第一端连接，第2n个倍压电容cp2n的第二端和第2n个倍压二极管dp2n的负极为高升压比直流转换装置的第一输出端；

其中，n为自然数，i为小于等于n的自然数。

通过增加由第2i-1个倍压电容cp2i-1、第2i个倍压电容cp2i、第2i-1个倍压二极管dp2i-1以及第2i个倍压二极管dp2i组成的倍压支路的数量，可以进一步提高高升压比直流转换装置的升压比。在谐振工作频率下，可以获得数倍于电池电压的输出电压。

如图7所示，高升压比直流转换装置还包括滤波电容co。

滤波电容co的第一端和滤波电容co的第二端分别于高升压比直流转换装置的第一输出端和高升压比直流转换装置的第二输出端连接。

本实用新型还提供了一种高升压比直流转换方法，基于上述的高升压比直流转换装置，高升压比直流转换方法包括步骤301至步骤308。

在步骤301中，实时控制第二开关管导通且控制第一开关管截止，以使电池电压对第一谐振电容充电，并且电池电压和第一电容对负载放电；

步骤301具体为：控制模块生成第二电平的第一控制信号和第三电平的第二控制信号，第二电平的第一控制信号控制第一开关管截止，第三电平的第二控制信号控制第二开关管导通。

在步骤302中，控制第二开关管截止且控制第一开关管导通，以使第一谐振电容对第一电容充电，且对负载放电。

步骤302具体为：控制模块生成第一电平的第一控制信号和第四电平的第二控制信号，第一电平的第一控制信号控制第一开关管导通，第四电平的第二控制信号控制第一开关管导通。

以下结合高升压比直流转换方法对图3至图7所示的作进一步说明：

在图5所示的电路图中，首先执行步骤301，即：实时控制第二开关管s2导通且控制第一开关管s1截止，以使电池电源流经第一二极管d1后对第一谐振电容cr1充电，并且电池电源和第一电容的电压对负载进行放电，此时的电流流向如图8所示。再执行步骤302，即：控制第二开关管s2截止且控制第一开关管s1导通，以使第一谐振电容cr1对第一电容c1充电，且对负载进行放电，此时的电流流向如图9所示。然后继续执行步骤301和步骤302，如此反复，通过循环执行步骤301和步骤302实现高升压比直流转换。其中，流经第一谐振电容cr1和第一谐振电感lr1的电流波形图如图10所示，流经第一开关管s1和第一二极管d1的电流波形图如图10所示。

在图5所示的电路图中，首先执行步骤a1，即：实时控制第二开关管s2和第四开关管s4导通且控制第一开关管s1和第三开关管s3截止，以使电池电源流经第一二极管d1后对第一谐振电容cr1充电，同时电池电源流经第四二极管d4后对第二谐振电容cr2充电，并且电池电源和第一电容c1的电压对负载进行放电；再执行步骤b1，即：控制第二开关管s2和第四开关管s4截止且控制第一开关管s1和第三开关管s3导通，以使第一谐振电容cr1对第一电容c1充电，同时第二谐振电容cr2对第一电容c1充电，且第一谐振电容cr1和第二谐振电容cr2对负载进行放电。然后继续执行步骤a1和步骤b1，如此反复，通过循环执行步骤a1和步骤b1实现高升压比直流转换。

在图6所示的电路图中，首先执行步骤a2，即：实时控制第二开关管s2导通且控制第一开关管s1截止，以使电池电源流经第一二极管d1和第2i-1个倍压二极管dp2i-1后对第一谐振电容cr1充电，并且电池电源和第2i个倍压电容cp2i的电压对负载进行放电；再执行步骤b2，即：控制第二开关管s2截止且控制第一开关管s1导通，以使第一谐振电容cr1对第一电容c1和第2i个倍压电容cp2i充电且第一谐振电容cr1对负载进行放电。然后继续执行步骤a2和步骤b2，如此反复，通过循环执行步骤a2和步骤b2实现高升压比直流转换。

本实用新型实施例包括第一开关管、第二开关管、第一谐振电感、第一谐振电容、第一电容、第一二极管以及第二二极管；电池的正极与第一开关管的漏极、第一二极管的正极以及第一电容的第一端连接，第一开关管的源极与第二开关管的漏极、第一谐振电感的第一端连接，第一谐振电感的第二端与第一谐振电容的第一端连接，第一谐振电容的第二端与第一二极管的负极和第二二极管的正极连接，第二二极管的负极和第一电容的第二端共同构成高升压比直流转换装置的第一输出端，电池的负极和第二开关管的源极共同构成高升压比直流转换装置的第二输出端；在第二开关管导通且第一开关管截止时，电池电压对谐振电容充电，并且电池电压和第一电容对负载放电；在第二开关管截止且第一开关管导通时，谐振电容对第一电容充电，且对负载放电；由于采用了由第一电容c1、第一二极管d1以及第二二极管d2组成的倍压电路，提高了输入输出电压比，同时避免了使用变压器，减小了体积；而且，采用串联谐振，实现了功率器件的软开关，降低了开关损耗，提高了效率，能够实现更高的开关频率，从而减小了体积。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。