專利名稱：單開關(guān)高增益boost變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及直流-直流變換器，具體說是一種單開關(guān)高增益BOOST變換器。
背景技術(shù)：
由于環(huán)境，溫度等因素的影響，可再生能源的輸出電壓通常波動較大，且單體的輸出電壓等級較低，而并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)需要電壓較高的直流母線。為了得到并網(wǎng)逆變器所需的直流母線電壓，通常將光伏或燃料電池陣列進行串聯(lián)，然后采用BOOST或兩相交錯并聯(lián) BOOST電路進行升壓，這兩種結(jié)構(gòu)變換器的升壓變比相等，輸出電壓增益較小，當(dāng)輸入電壓較低時，為了達到較高的輸出電壓，其開關(guān)導(dǎo)通占空比就會接近于1，功率開關(guān)管的電壓應(yīng)力較大，這樣一方面會降低變換器的效率，同時開關(guān)頻率也不易進一步提高。為了達到更高的升壓變比，因此研究新型高性能且具有更大升壓變比的直流-直流變換器來滿足后級并網(wǎng)逆變器的需要，有著重要的理論意義和應(yīng)用價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單，開關(guān)管數(shù)量少，成本低，低開關(guān)電壓應(yīng)力的一種單開關(guān)高增益BOOST變換器。為達上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，單開關(guān)高增益BOOST變換器。如圖I所示，包括一個直流輸入電源(Vin)，一個功率開關(guān)管(T)，一個升壓電感(LI)，一個帶有兩個繞組(L21、L22)的耦合電感，四個單向整流二極管(D1、D2、D3、D4)兩個中間儲能電容(Cl、 C2)，一個輸出濾波電容(C3)。如圖I所示，所述電路結(jié)構(gòu)如下直流輸入電源(Vin)的正極和升壓電感(LI)的一端相連，升壓電感(LI)的另一端和單向整流二極管(Dl)的陽極相連，單向整流二極管 (Dl)的陰極和耦合電感的一個繞組(L21)的同名端相連，耦合電感的繞組(L21)的另一端和單向整流二極管(D3)的陽極相連，單向整流二極管(D2)的陽極和單向整流二極管(Dl) 的陽極相連，單向整流二極管(D3)的陽極和單向整流二極管(D2)的陰極相連，中間儲能電容(Cl)的一端和單向整流二極管(Dl)的陰極相連，中間儲能電容(Cl)的另一端和功率開關(guān)管(T)的源極相連，功率開關(guān)管(T)的漏極和單向整流二極管(D3)的陽極相連，中間儲能電容(C2)的一端和功率開關(guān)管(T)的源極相連，中間儲能電容(C2)的另一端和單向整流二極管(D3)的陰極相連，單向整流二極管(D3)的陰極和耦合電感的另一個繞組(L22) 的同名端相連，耦合電感的繞組(L22)的另一端和單向整流二極管(D4)的陽極相連，單向整流二極管(D4)的陰極和輸出濾波電容(C3)的一端相連，輸出濾波電容(C3)的另一端和直流輸入電源(Vin)的負極相連，再與功率開關(guān)管(T)的源極相連。本發(fā)明的變換器有三種工作模式功率開關(guān)管(T)導(dǎo)通模式，中間儲能電容(C2) 處于懸浮狀態(tài)；功率開關(guān)管⑴關(guān)斷，中間儲能電容(C2)處于充電狀態(tài)；功率開關(guān)管⑴關(guān)斷，中間儲能電容(C2)處于放電狀態(tài)。在這三種模式下，實現(xiàn)變換器的運行。
具體實施例方式本發(fā)明的單開關(guān)高增益BOOST變換器。如圖I所示，包括一個直流輸入電源(Vin)， 一個功率開關(guān)管(T)，一個升壓電感(LI)，一個帶有兩個繞組(L21、L22)的耦合電感，四個單向整流二極管(D1、D2、D3、D4)兩個中間儲能電容(C1、C2)，一個輸出濾波電容(C3)。所述電路結(jié)構(gòu)如下直流輸入電源(Vin)的正極和升壓電感(LI)的一端相連，升壓電感(LI) 的另一端和單向整流二極管(Dl)的陽極相連，單向整流二極管(Dl)的陰極和耦合電感的一個繞組(L21)的同名端相連，耦合電感的繞組(L21)的另一端和單向整流二極管(D3)的陽極相連，單向整流二極管(D2)的陽極和單向整流二極管(Dl)的陽極相連，單向整流二極管(D3)的陽極和單向整流二極管(D2)的陰極相連，中間儲能電容(Cl)的一端和單向整流二極管(Dl)的陰極相連，中間儲能電容(Cl)的另一端和功率開關(guān)管⑴的源極相連，功率開關(guān)管(T)的漏極和單向整流二極管(D3)的陽極相連，中間儲能電容(C2)的一端和功率開關(guān)管(T)的源極相連，中間儲能電容(C2)的另一端和單向整流二極管(D3)的陰極相連， 單向整流二極管(D3)的陰極和耦合電感的另一個繞組(L22)的同名端相連，耦合電感的繞組(L22)的另一端和單向整流二極管(D4)的陽極相連，單向整流二極管(D4)的陰極和輸出濾波電容(C3)的一端相連,輸出濾波電容(C3)的另一端和直流輸入電源(Vin)的負極相連，輸入電源(Vin)的負極再與功率開關(guān)管(T)的源極相連，負載(R)跨接在濾波電容 (C3)的兩端。本發(fā)明的單開關(guān)高增益BOOST變換器，有三種工作模式，分別如圖2、3、4所示，詳細分析如下圖2功率開關(guān)管⑴導(dǎo)通模式，在此種模式下，單向整流二極管(D1、D3、D4)關(guān)斷， 單向整流二極管(D2)導(dǎo)通，電容(C2)處于懸浮狀態(tài)。其中，直流輸入電源(Vin)、升壓電感(LI)、功率開關(guān)管(T)和單向整流二極管(D2)構(gòu)成回路，直流輸入電源(Vin)向升壓電感(LI)充電，升壓電感(LI)上的電流(ILl)增加沖間儲能電容(Cl)、耦合電感的一個繞組(L21)和功率開關(guān)管⑴構(gòu)成回路，中間儲能電容(Cl)向耦合電感的繞組(L21)充電， 耦合電感的繞組(L21)上的電流(IL21)增加。圖3為功率開關(guān)管⑴關(guān)斷，中間儲能電容(C2)充電模式；在此種模態(tài)下，單向整流二極管(D1、D3、D4)導(dǎo)通，單向整流二極管(D2)關(guān)斷。其中，直流輸入電源(Vin)、升壓電感(LI)、單向整流二極管(Dl)和中間儲能電容(Cl)構(gòu)成回路，升壓電感(LI)放電，其上的電流(Iu)減少；中間儲能電容(Cl)、耦合電感的繞組(L21)、單向整流二極管(D3)和中間儲能電容(C2)構(gòu)成回路，耦合電感的繞組(L21)放電，其上的電流(Im)減少，中間儲能電容(C2)處于充電狀態(tài)，其上的電流方向為從上到下，且通過耦合電感的繞組(L22)向負載端供電。圖4為功率開關(guān)管⑴關(guān)斷，中間儲能電容(C2)放電模式；在此種模態(tài)下，單向整流二極管(D1、D3、D4)導(dǎo)通，單向整流二極管(D2)關(guān)斷。其中，直流輸入電源(Vin)、升壓電感(LI)、單向整流二極管(Dl)和中間儲能電容(Cl)構(gòu)成回路，升壓電感(LI)放電，其上的電流(Iu)減少沖間儲能電容(Cl)、耦合電感的繞組(L21)通過單向整流二極管(D3)和中間儲能電容(C2) —起，再通過耦合電感的繞組(L22)向負載端供電，中間儲能電容(C2) 處于放電狀態(tài)，其上的電流方向為從下到上。本發(fā)明的單開關(guān)高增益BOOST變換器，在這三種能量傳輸模態(tài)下，完成能量的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)變換器的高增益、且具有開關(guān)管數(shù)量少，功率開關(guān)管的電壓應(yīng)力小，成本低的技術(shù)特點。


圖I是本發(fā)明的單開關(guān)高增益BOOST變換器的拓撲結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明的單開關(guān)高增益BOOST變換器，功率開關(guān)管(T)導(dǎo)通，模態(tài)，中間儲能電容(C2)處于懸浮狀態(tài)。圖3是本發(fā)明的單開關(guān)高增益BOOST變換器，功率開關(guān)管(T)關(guān)斷，中間儲能電容 (C2)充電狀態(tài)。圖4是本發(fā)明的單開關(guān)高增益BOOST變換器，功率開關(guān)管(T)關(guān)斷，中間儲能電容 (C2)放電狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種單開關(guān)高增益BOOST變換器，其特征是包括一個直流輸入電源(Vin)，一個功率開關(guān)管(T)，一個升壓電感(LI)，一個帶有兩個繞組(L21、L22)的耦合電感，四個單向整流二極管(D1、D2、D3、D4)兩個中間儲能電容(Cl、C2)，一個輸出濾波電容(C3)。
2.一種單開關(guān)高增益BOOST變換器所述的電路結(jié)構(gòu)如下直流輸入電源(Vin)的正極和升壓電感(LI)的一端相連，升壓電感(LI)的另一端和單向整流二極管(Dl)的陽極相連，單向整流二極管(Dl)的陰極和耦合電感的一個繞組(L21)的同名端相連，耦合電感的繞組(L21)的另一端和單向整流二極管(D3)的陽極相連，單向整流二極管(D2)的陽極和單向整流二極管(Dl)的陽極相連，單向整流二極管(D3)的陽極和單向整流二極管(D2) 的陰極相連，中間儲能電容(Cl)的一端和單向整流二極管(Dl)的陰極相連，中間儲能電容(Cl)的另一端和功率開關(guān)管(T)的源極相連，功率開關(guān)管(T)的漏極和單向整流二極管 (D3)的陽極相連，中間儲能電容(C2)的一端和功率開關(guān)管(T)的源極相連，中間儲能電容 (C2)的另一端和單向整流二極管(D3)的陰極相連，單向整流二極管(D3)的陰極和耦合電感的另一個繞組(L22)的同名端相連，耦合電感的繞組(L22)的另一端和單向整流二極管 (D4)的陽極相連，單向整流二極管(D4)的陰極和輸出濾波電容(C3)的一端相連，輸出濾波電容(C3)的另一端和直流輸入電源(Vin)的負極相連，再與功率開關(guān)管(T)的源極相連， 負載(R)跨接在輸出濾波電容(C3)的兩端。
全文摘要
本發(fā)明公開的單開關(guān)高增益BOOST變換器包括一個直流輸入電源、一個功率開關(guān)管，一個獨立升壓電感，一個帶有兩個繞組的耦合電感，四個單向整流二極管，兩個中間儲能電容，一個輸出濾波電容。與現(xiàn)有的基本BOOST變換器相比，本發(fā)明的單開關(guān)高增益BOOST變換器在相同占空比的情況下具有更大的升壓變比，開關(guān)管的電壓應(yīng)力低，控制方便且靈活等特點，非常適用于今后光伏/燃料電池等可再生能源發(fā)電系統(tǒng)，具有較好的應(yīng)用和推廣前景。
文檔編號H02M3/07GK102594134SQ20121009613
公開日2012年7月18日 申請日期2012年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月5日
發(fā)明者李艷, 胡雪峰 申請人:安徽工業(yè)大學(xué)