错相控制的反极性高增益升压Boost变换电路的制作方法
【技术领域】
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[0001]本发明涉及电力电子电路技术领域，特别涉及一种适用于宽输入电源系统中的低成本、高增益、高效率的错相控制的反极性高增益升压Boost变换电路。
【背景技术】
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[0002]为了提高Boost变换器的效率和降低成本，在不需要强制电气隔离的条件下，非隔离的Boost变换器由于省去了笨重的高频变压器，减少了电能变换的次数，具有体积小、效率高、成本低等诸多优点。但是传统Boost变换电路中等效串联电阻限制了变换器电压增益的提高，电压增益的最大值约为3?5倍。当占空比D过大时，电感电流纹波增大，需要用更大的电感抑制电流纹波，这又意味着电感内阻的进一步增大，减小电感的等效串联电阻又意味着设计更大体积、更高成本的电感。传统Boost变换电路拓扑受寄生参数影响，已遭遇电压增益调节的极限。
【发明内容】
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[0003]本发明要解决的技术问题是，提供一种不但可以提供给负载负极性的输出电流/电压，实现O?10倍的电压升降比，而且输出电压稳定，谐波输出小，在提高电压增益的同时，还可避免开关器件工作于极限占空比，解决了传统Boost电路拓扑受寄生参数影响而遭遇电压增益调节极限问题的错相控制的反极性高增益升压Boost变换电路。
[0004]本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的错相控制的反极性高增益升压Boost变换电路，该升压Boost变换电路包括相互连接的升压模块、极性变换模块以及滤波输出模块。
[0005]本发明所述的错相控制的反极性高增益升压Boost变换电路，其中，升压模块包括第一开关管、第二开关管、第一电感、第二电感、第一二极管、第一电容以及第三二极管，极性变换模块包括第一电容、第二二极管、第二开关管与第四二极管，滤波输出模块包括第二电容、第三电容、第二二极管、第四二极管、第三电感和负载，第一电感的同名端与直流电源的正极连接，第一电感的异名端和第二电感的同名端同时与第一开关管的集电极连接，第二电感的异名端与第一二极管的阳极相连接，第一二极管的阴极和第一电容的正极同时与第二开关管的集电极连接，第一电容的负极、第三二极管的阳极及第二电容的负极同时与第二二极管的阴极连接，第二二极管的阳极和第三电容的负极与第三电感的一端连接，第三电感的另一端和输出负载的一端连接，第二电容的正极、第四二极管的阴极与输出负载的另一端连接，第一开关管的发射极、第二开关管的发射极、第三二极管的阴极、第四二极管的阳极以及第三电容的正极同时与电源的负极连接。
[0006]采用以上结构后，与现有技术相比较，本发明的有益效果在于:
[0007](I)可以提供给负载负极性的输出电流/电压；
[0008](2)可以实现O?10倍的电压升降比，且输出电压稳定，谐波输出小；
[0009](3)提高电压增益的同时，避免了开关器件工作于极限占空比，解决了传统Boost电路拓扑受寄生参数影响，遭遇电压增益调节极限的问题。
[0010]本发明所述的错相控制的反极性高增益升压Boost变换电路，其中，第一开关管和第二开关管均采用PWM控制，第一开关管的PWM脉冲与所述第二开关管的PWM脉冲错相180°，第一开关管的控制占空比D与第二开关管的控制占空比D相等。与传统Boost电路模块不同的是，本发明采用双开关管的错相叠加控制，进行第一电感L1和第三电感L2的两段升压，既减小了开关管的电压应力，又可以得到较高增益的反极性电压输出。
【附图说明】
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[0011]图1是错相控制的反极性高增益升压Boost变换电路的原理方框图；
[0012]图2是错相控制的反极性高增益升压Boost变换电路结构图；
[0013]图3是图2中的电路在占空比D小于0.5的情况下，第一开关管导通，第二开关管关断时的工作不意图；
[0014]图4是图2中的电路在占空比D小于0.5的情况下，第一开关管关断，第二开关管导通时的工作示意图；
[0015]图5是图2中的电路在占空比D小于0.5的情况下，第一开关管和第二开关管都关断时的工作不意图；
[0016]图6是图2中的电路在占空比D大于0.5的情况下，第一开关管和第二开关管都导通时的工作示意图；
[0017]图7是第一开关管和第二开关管的PWM控制信号波形图；
[0018]图8是与第一开关管和第二开关管的PWM控制信号对应的电路输出电压波形图。
【具体实施方式】
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[0019]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明错相控制的反极性高增益升压Boost变换电路作进一步说明:
[0020]如图1所示，本发明错相控制的反极性高增益升压Boost变换电路包括相互连接的升压模块1、极性变换模块2以及滤波输出模块3。如图2所示，升压模块I包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第一电感L1、第二电感L2、第一二极管D1、第一电容C1W及第三二极管D3O极性变换模块2包括第一电容C1、第二二极管D2、第二开关管Q2与第四二极管D 4。滤波输出模块3包括第二电容C2、第三电容C3、第二二极管D2、第四二极管D4、第三电感L3和负载R。第一电感L1的同名端与直流电源E d的正极连接，第一电感L i的异名端和第二电感L 2的同名端同时与第一开关管Q1的集电极连接，第二电感L2的异名端与第一二极管D i的阳极相连接，第一二极管D1的阴极和第一电容C1的正极同时与第二开关管02的集电极连接，第一电容C1的负极、第三二极管D 3的阳极及第二电容C 2的负极同时与第二二极管D 2的阴极连接，第二二极管D2的阳极和第三电容C 3的负极与第三电感L 3的一端连接，第三电感L 3的另一端和输出负载R的一端连接，第二电容C2的正极、第四二极管D4的阴极与输出负载R的另一端连接，第一开关管(^的发射极、第二开关管Q 2的发射极、第三二极管D 3的阴极、第四二极管D4的阳极以及第三电容C3的正极同时与电源Ed的负极连接。如图7所示，第一开关管Q1和第二开关管Q2均采用PWM控制，第一开关管Q PWM脉冲与所述第二开关管Q^PWM脉冲错相180°，第一开关管Q1的控制占空比D与第二开关管Q2的控制占空比D相等。图8为本发明错相控制的反极性高增益升压Boost变换电路输出电压的波形图，其中t为PWM控制脉冲周期，Ui为输入直流电压，U。为本发明所述电路的输出电压。
[0021]图3?图6是图2所示的本发明错相控制的反极性高增益升压Boost变换电路在占空比D小于0.5和大于0.5两种情况下的工作过程图。
[0022]其中，图3是占空比D小于0.5的情况下，第一开关管Q1导通，第二开关管Q 2关断时的工作示意图，此时第一二极管D1和第三二极管D 3导通，第一电感L ^及收电能，第二电感1^2释放电能，第一电容C 作在充电状态，第三电感L 3释放能量经过第二二极管D 2和第三二极管D3续流。
[0023]图4是占空比D小于0.5的情况下，第一开关管Q1关断，第二开关管Q 2导通时的工作示意图。此时第三二极管D3关断，第一电感L i释放电能，第二电感L 2吸收电能，第一电容(^通过第二开关管Q2I作在放电状态，第三电感L3K收电能，第一电容C i的放电电流流过负载电阻R得到反向高增益输出电压。
[0024]图5是占空比D小于0.5的情况下，第一开关管Q1和第二开关管Q2都关断时的工作示意图。此时第三二极管D3导通，第一电感L i和第二电感L 2释放电能第一电容C i充电，第三电感L3释放能量经过第二二极管D 2和第三二极管D 3续流。
[0025]图6是占空比D大于0.5的情况下，第一开关管Q1和第二开关管Q 2都导通情况下时的工作示意图。此时第三二极管D3截止，第一电感L ^及收电能，第一电容C i放电电流流过负载电阻R，第二电感L2此时不参与电量交换，第三电感L3吸收电能。
[0026]此外，在占空比D大于0.5的情况下，第一开关管Q1导通，第二开关管Q 2关断时的工作状态和图3所示工作相同；占空比D大于0.5的情况下，第一开关管Q1关断，第二开关管02导通时的工作状态和图4所示工作相同。
[0027]以上所述的实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
【主权项】
1.一种错相控制的反极性高增益升压Boost变换电路，其特在在于:该升压Boost变换电路包括相互连接的升压模块(I)、极性变换模块(2)以及滤波输出模块(3)。
2.根据权利要求1所述的错相控制的反极性高增益升压Boost变换电路，其特征在于:所述升压模块⑴包括第一开关管(Q1)、第二开关管(Q2)、第一电感(L1)、第二电感(L2)、第一二极管(D1)、第一电容(C1)以及第三二极管(D3)，所述极性变换模块⑵包括第一电容(C1)、第二二极管(D2)、第二开关管(Q2)及第四二极管(D4)，所述滤波输出模块(3)包括第二电容(C2)、第三电容(C3)、第二二极管(D2)、第四二极管(D4)、第三电感(L3)和负载(R)，所述第一电感(L1)的同名端与直流电源(Ed)的正极连接，所述第一电感(L1)的异名端和第二电感(L2)的同名端同时与第一开关管(Q1)的集电极连接，所述第二电感(L2)的异名端与第一二极管(D1)的阳极相连接，所述第一二极管(D1)的阴极和第一电容(C1)的正极同时与第二开关管(Q2)的集电极连接，所述第一电容(C1)的负极、第三二极管(D3)的阳极及第二电容(C2)的负极同时与第二二极管(D2)的阴极连接，所述第二二极管(D2)的阳极和第三电容(C3)的负极与第三电感(L3)的一端连接，所述第三电感(L3)的另一端和输出负载(R)的一端连接，所述第二电容(C2)的正极、第四二极管(D4)的阴极与输出负载(R)的另一端连接，所述第一开关管(Q1)的发射极、第二开关管(Q2)的发射极、第三二极管(D3)的阴极、第四二极管(D4)的阳极以及第三电容(C3)的正极同时与电源(Ed)的负极连接。
3.根据权利要求2所述的错相控制的反极性高增益升压Boost变换电路，其特征在于:所述第一开关管(Q1)和第二开关管(Q2)均采用PWM控制，所述第一开关管(Q1)的PWM脉冲与所述第二开关管(Q2)的PWM脉冲错相180°，所述第一开关管(Q1)的控制占空比D与第二开关管(Q2)的控制占空比D相等。
【专利摘要】一种错相控制的反极性高增益升压Boost变换电路，包括相互连接的升压模块、极性变换模块及滤波输出模块，升压模块包括第一开关管、第二开关管、第一电感、第二电感、第一二极管、第一电容及第三二极管，极性变换模块包括第一电容、第二二极管、第二开关管及第四二极管，滤波输出模块包括第二电容、第三电容、第二二极管、第四二极管、第三电感和负载。本发明错相控制的反极性高增益升压Boost变换电路的优点是：不但可以提供给负载负极性的输出电流/电压，实现0～10倍的电压升降比，而且输出电压稳定，谐波输出小，在提高电压增益的同时，还可避免开关器件工作于极限占空比，解决了传统Boost电路拓扑受寄生参数影响而遭遇电压增益调节极限的问题。
【IPC分类】H02M3-07
【公开号】CN104868719
【申请号】CN201510280035
【发明人】祝龙记, 姜媛媛, 于水娟
【申请人】安徽理工大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年5月27日