并串转换单管控制高增益直流升压变换电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及直流升压变换电路技术领域，尤其设及一种并串转换单管控制高 增益直流升压变换电路。
【背景技术】
[0002] 在光伏发电系统中，光伏电池所产生的电压比较低，正常情况下，均为多个电池单 元串联W获得一定数值的直流电压，输出电压值在几伏~几十伏之间。在太阳能发电中，因 为光线强弱的变化、入射角度的变化，光电池所产生的电压是变化的，为了让后续负载获得 最大功率，必须实施最大功率跟踪控制，即MPPT追踪控制。实现的方法是在光电池输出端接 升压斩波电路，控制光电池的输出功率。又因为光伏电池产生的电压较低，要为后续负载供 电，或者让后续逆变器实施逆变，将电能传输至电网，光伏电池所产生的直流电压必须进行 提升。因此，需要为光伏发电系统配置升压变换电路。
[0003] 实现直流电压提升的电路较多，然而可用于实现大功率直流变换控制比较常用的 电路是Boost升压斩波电路。但由于其占空比控制的可变化范围不大，其升压控制增益无法 做得很大，无法满足后续电路的要求，有时需要设置多级升压变换电路对输入电压进行提 升。从而，高增益直流升压变换电路得到众多科技人员的重视，需要对此进行深入研究。
[0004] 目前，设及到高增益的直流升压变换电路的专利主要有：1) 一种高增益升压直流 变换器，【申请号】201210534364.9; 2)-种交错并联高增益升压型直流变换器，【申请号】 201210534445.9;3)-种高增益交错并联升压型变换器，【申请号】201210534363.4:4)-种 单开关高增益升压变换器，【申请号】201310423314.8;5)-种带有开关电容和禪合电感的二 次型高增益升压变换器，【申请号】201410366604.8;6)-种多输入高增益升压变换器，申请 号:201110285946.3,7)禪合电感高增益有源网络升压变换器，【申请号】201410156441.0,8) Z源高增益直流升压变换器，申请号:201410235430.1，9)Z源高增益低开关应力的直流升压 变换器，申请号:201410235438.8。在运些专利中，1)、2)、3)、6)、7)、9)均为两管开关并辅助 W比较复杂的电阻、电容、电感网络，甚至是含禪合电感的复杂网络实施直流升压变换，电 路控制比较复杂，能量流转路径多，电路效率较低。4)、5)、8)专利，虽然只有单管实施直流 电压升压控制，但同样的是其电路结构比较复杂，元件数目较多，有些变换器含有禪合电感 元件，电路工作的模态较多，电路的效率不高，均不能满足使用需求。 【实用新型内容】
[0005] 发明目的：针对现有技术中存在的不足，本实用新型的目的是提供一种并串转换 单管控制高增益直流升压变换电路，。
[0006] 技术方案:为了实现上述发明目的，本实用新型采用的技术方案如下：
[0007] -种并串转换单管控制高增益直流升压变换电路，包括第一储能电感、第二储能 电感、第一二极管、第二二极管、第=二极管、第四二极管、开关管、输出储能电容和负载电 阻;所述第一储能电感的一端与输入电源正极相连，另一端与第二二极管的阳极和第四二 极管的阳极均相连;第一二极管的阳极与输入电源正极相连，阴极与第二二极管的阴极相 连;第二二极管的阴极与第二储能电感的一端均相连，第二储能电感的另一端与开关管的 集电极相连，第四二极管的阴极，第=二极管的阳极均相连;第=二极管的阴极与输出储能 电容的一端和负载电阻一端均相连;输出储能电容的另一端，负载电阻另一端，W及开关管 的发射极，均接入输入电源与输出负载的负极公共端。
[0008]所述的并串转换单管控制高增益直流升压变换电路，在联接第一二极管的电路上 并联有第一滤波电容，在联接第四二极管的电路上并联有第二滤波电容。
[0009]拓展之，所述的并串转换单管控制高增益直流升压变换电路，包括第一储能电感、 第二储能电感、第=储能电感、第一二极管、第二二极管、第=二极管、第四二极管、第五二 极管、第六二极管、第屯二极管、开关管、输出储能电容和负载电阻;所述第一储能电感的一 端与输入电源正极相连，另一端与第二二极管的阳极和第四二极管的阳极均相连;第一二 极管的阳极与输入电源正极相连，第一二极管的阴极与第二二极管的阴极相连;第二二极 管的阴极与第二储能电感的一端均相连，第二储能电感的另一端通过第=二极管与第=储 能电感的一端相连、与第六二极管的阳极、第=二极管的阳极均相连，第=储能电感的另一 端与开关管的集电极、第四二极管的阴极，第六二极管的阴极、第屯二极管的阳极均相连； 第屯二极管的阴极与输出储能电容的一端和负载电阻一端均相连;第五二极管的阳极联接 输入电源正极，第五二极管的阴极联接第=二极管的阴极;输出储能电容的另一端，负载电 阻另一端，W及开关管的发射极，均接入输入电源与输出负载的负极公共端。
[0010] 有益效果：与现有的技术相比，本实用新型的并串转换单管控制高增益直流升压 变换电路，电路结构简单，控制方便，效率高，通过一个开关管实施输入直流电压的高增益 升压变换，在开关管开通、关断过程中，电路中的多个电感元件由并联充电状态转换为串联 放电状态，从而实施输入直流电压的提升，可W获得直流电压升压变换的高增益，适用于光 伏发电系统光伏电池输出电压的升压控制。与Boost升压变换电路相比，该电路电压变换增 益高，与两个单级升压变换电路相比少用一个功率开关元件，获得升压变换电路的高电压 增益，控制电路简单。
【附图说明】
[0011] 图1是并联及串联转换单管高增益直流升压变换电路原理图；
[0012] 图2是开关管开通情况下电路的工作情况电路图；
[0013]图3是开关管关断情况下电路的工作情况电路图；
[0014]图4是考虑电感元件参数差异情况下电路的改进电路图；
[0015]图5是拓展后的高增益直流升压变换电路原理图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合具体实施例对本实用新型做进一步的说明。
[0017]实施例1
[0018]并联及串联转换单管高增益直流升压变换电路，如图1所示，E为输入电源，其电势 数值为山，1)1、〇2、〇3、〇4为二极管，化1、化2为电感元件1^1心上的电压，1'为开关管，(：。为输出储 能电容，Ud为负载R上的端电压。该并串转换单管控制高增益直流升压变换电路，包括第一 储能电感^、第二储能电感L2、第一二极管化、第二二极管化、第=二极管化、第四二极管〇4、 开关管T、输出储能电容C。和负载电阻R;所述第一储能电感^的一端与输入电源正极相连， 另一端与第二二极管化的阳极和第四二极管〇4的阳极均相连;第一二极管化的阳极与输入 电源正极相连，阴极与第二二极管化的阴极相连;第二二极管化的阴极与第二储能电感L2的 一端均相连，第二储能电感L2的另一端与开关管T的集电极相连，第四二极管化的阴极，第= 二极管化的阳极均相连;第S二极管化的阴极与输出储能电容C。的一端和负载电阻R-端均 相连;输出储能电容Cd的另一端，负载电阻R另一端，W及开关管T的发射极，均接入输入电 源与输出负载的负极公共端。
[0019] 该升并联及串联转换单管高增益直流升压变换电路的工作原理如下：
[0020] 1)T开通
[0021] 先假定^、L2的数值相等，目化i=L2 =L。图2为开关管开通情况下电路中电流的流 通情况山充电电流i1的路径为：电源V' 一1^1一〇4一T一电源，L流电电流i2的路径为：电 源化电源由于两个电感元件由同一电源供电，激励电压相同，两个电感 的感值相同，导通时间由同一开关管控制，也相同，故ii=i2 =i。电路输出端的负载电流由 储能电容Cd放电提供。图2中，实线表示有电流流通的路径，虚线表示没有电流流过的路径。
[0022] 假定图中开关管及二极管均为理想开关，则在开关管开通期间，根据KVU基尔霍 夫电压定律)可得：
(1) (2)
[002引在本阶段，电源给电感l^i、L流电，传递电能，Li、L2储能增加。电感Li、L2上的电压ULi、UL細等，极性为左"正"、右为"货'。二极管化、D浦受反压截止。
[0026] 2)T关断
[0027] 开关管T关断，根据愣次定律，电感^和12上的电压极性转变为左"负"右"正"。变换 电路的工作状态为如图3所示。图中，实线表示有电流流通的路径，虚线表示没有电流流过 的路径山和L2中的电流il、i2的流通路径为：电源"+"一^一化一L2一化一负载一电源。 [002引本阶段，由于电感放电，Li、L2上电压化1、化2极性为左"货'、右为"正"，与1^1并联的 二极管化承受反向电压截止，与L2并联的二极管04承受反向电压截止，02、化承受正向电压导 通。
[0029]根据电路结构，根据KVL，可W得出在开关管关断期间电路参量之间的关系：
(3)
[0031]考虑到，在开关管关断期间，化1、化2的极性左"货'右"正"，式(3)可改写成：
(A)
[0033] 随着电感。和1^2的放电，电感电流将逐步减小，储能电感的能量将向负载转移。
[0034] 假定电路工作频率足够高，电感。和1^2的直流电阻较小，电容C。的容值足够大，在 开关处于导通、关断期间电流il、i2W指数规律变化的过程可W近似按照线性规律变化。贝U (5) 由公式（1)、（2)、（4)可W推导出：
[0036] 式中，T为开关管工作控制周期，
?为开关管在一个控制周期内的导通时间tk，称占空比。
[0037] 由于，占空比的数值小于1，更大于1，获得比较高的升压比。
[003引 3)电路运行
[0039] 图1中，起初分析时假定b=L2 =L，则两个电感元件将由同一电源供电，激励电压 相同；导通时，由同一开关管控制，则导通时间也相同，故ii=i2 =i。如果电路可W做到如此 对称，则电路工作便按照W上分析正常运行。但是，实际情况是，电路参数不可能做到如此 理想，尤其是两个电感元件