一種電流連續型高增益dc-dc變換器電路的製作方法
2023-12-11 10:58:07 2
一種電流連續型高增益dc-dc變換器電路的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種電流連續型高增益DC-DC變換器電路，包括電壓源，第一電感，第一二極體，第一電容，由第二電感、第三電感、第二電容、第三電容和第二二極體構成的兩端阻抗網絡，第三二極體，MOS管，第四電感，輸出電容和負載。本實用新型以電壓源、第一電感、第三二極體和MOS管依次串聯構成第一級升壓電路；以第一電容、兩端阻抗網絡和MOS管依次串聯構成第二級升壓電路；以第四電感、輸出電容和負載構成輸出電路。本實用新型整個電路結構簡單，只用了一個MOS管，具有較高的輸出電壓增益，電源電流連續，負載電流連續，輸出輸入共地，兩端阻抗網絡中電容的電壓應力低，且電路不存在啟動衝擊電流和MOS管開通瞬間的衝擊電流。
【專利說明】-種電流連續型高增益DC-DC變換器電路
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及電力電子電路【技術領域】，具體涉及一種電流連續型高增益DC-DC 變換器電路。
【背景技術】
[0002] 在燃料電池發電、光伏發電中，由於單個太陽能電池或者單個燃料電池提供的直 流電壓較低，無法滿足現有用電設備的用電需求，也不能滿足併網的需求，往往需要將多個 電池串聯起來達到所需的電壓。這種方法一方面大大降低了整個系統的可靠性，另一方面 還需解決串聯均壓問題。為此，需要能夠把低電壓轉換為高電壓的高增益DC-DC變換器。近 幾年提出的Z源升壓DC-DC變換器是一種高增益DC-DC變換器，但該電路具有較高的阻抗 網絡電容電壓應力，電源電流不連續，輸出與輸入不共地，且電路啟動時存在很大啟動衝擊 電流問題，限制了該電路在實際中的應用。 實用新型內容
[0003] 本實用新型的目的在於克服上述現有技術的不足，提供一種電流連續型高增益 DC-DC變換器電路，具體技術方案如下。
[0004] 一種電流連續型高增益DC-DC變換器電路，包括電壓源、第一電感、第一二極體、 第一電容、兩端阻抗網絡、第三二極體、M0S管、第四電感、輸出電容和負載。所述兩端阻抗網 絡由第二電感、第三電感、第二電容、第三電容和第二二極體構成；所述電壓源、第一電感、 第三二極體和M0S管依次串聯構成第一級升壓電路；所述第一電容、兩端阻抗網絡和M0S管 依次串聯構成第二級升壓電路；所述第四電感、輸出電容和負載構成輸出電路。
[0005] 優選地，所述電壓源的正極與第一電感的一端連接；所述第一電感的另一端分別 與第一二極體的陽極和第三二極體的陽極連接；所述第一二極體的陰極分別與第一電容的 正極、第二電感的一端和第二電容的負極連接；所述第二電感的另一端分別與第二二極體 的陽極和第三電容的負極連接；所述第二二極體的陰極分別與第二電容的正極和第三電感 的一端連接；所述第三電容的正極分別與第三電感的另一端、第三二極體的陰極、M0S管的 漏極和第四電感的一端連接；所述第四電感的另一端分別與輸出電容的正極和負載的一端 連接；所述電壓源的負極分別與第一電容的負極、輸出電容的負極、負載的另一端和M0S管 的源極連接。
[0006] 與現有技術相比，本實用新型電路具有如下優點和技術效果：整個電路結構簡單， 電壓增益更高，在相同輸入電壓的情況下，輸出相同電壓甚至更高電壓時，兩端阻抗網絡中 電容的電壓應力反而降低了；對啟動衝擊電流具有很好的抑制作用，M0S管開通瞬間，輸出 電容也不會對M0S管產生衝擊電流，可靠性提高；且輸入電源電流連續，負載電流連續，輸 出與輸入共地，因而更適合應用於燃料電池發電和光伏發電等新能源發電【技術領域】。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007] 圖1是本實用新型【具體實施方式】中的一種電流連續型高增益DC-DC變換器電路。
[0008] 圖2a、圖2b分別是圖1所示一種電流連續型高增益DC-DC變換器電路在其M0S管 S導通和關斷時段的等效電路圖。
[0009] 圖3a為本實用新型電路的增益曲線與基本升壓電路的增益曲線的比較圖。
[0010] 圖3b為圖3a中本實用新型電路的增益曲線與基本升壓電路的增益曲線在佔空比 d小於0.4內的比較圖。
[0011] 圖4為兩端阻抗網絡中電容的電壓與輸出電壓的比值隨佔空比d的變化情況。
[0012] 圖5為實例中電流連續型高增益DC-DC變換器電路的主要工作波形圖。
【具體實施方式】
[0013] 以下結合附圖對本實用新型的具體實施作進一步描述。
[0014] 參考圖1，本實用新型所述的一種電流連續型高增益DC-DC變換器電路，其包括電 壓源Vi,第一電感，第一二極體Di，第一電容Ci，由第二電感L 2、第三電感L3、第二電容C2、 第三電容C3和第二二極體D 2構成的兩端阻抗網絡（如圖1中虛線框所示），第三二極體D3， M0S管S，第四電感L4，輸出電容C。和負載&。所述電壓源Vp第一電感Q、第三二極體D3和 M0S管依次串聯構成第一級升壓電路；所述第一電容Q、兩端阻抗網絡和M0S管S依次串聯 構成第二級升壓電路；所述第四電感L 4、輸出電容C。和負載構成輸出電路。M0S管S導 通時，所述電壓源\對第一電感Q充電儲能；所述第一電容Q與第二電容C 2 -起對第三電 感L3充電儲能；所述第一電容Q與第三電容C3 -起對第二電感L2充電儲能；同時，第一電 容Q與兩端阻抗網絡中的電容、第四電感L4 一起給輸出電容C。和負載IU共電。當M0S管 S關斷時，所述第一二極體Di和第二二極體D2均導通，所述電壓源Vi與第一電感U給第一 電容q充電儲能，形成迴路；第二電感L 2與第二電容C2並聯，形成迴路；第三電感L3與第 三電容C3並聯，形成迴路；同時，電壓源\與第一電感U、兩端阻抗網絡中的電感一起對第 四電感L 4、輸出電容C。和負載IU共電，形成迴路。整個電路結構簡單，只用了一個M0S管， 具有比較高的輸出電壓增益，電源電流連續，負載電流連續，輸出與輸入共地，且兩端阻抗 網絡中的電容電壓應力低，電路不存在啟動電流衝擊和M0S管開通瞬間的電流衝擊問題。
[0015] 圖1所示電路的具體連接如下：所述電壓源的正極與第一電感的一端連接；所述 第一電感的另一端分別與第一二極體的陽極和第三二極體的陽極連接；所述第一二極體的 陰極分別與第一電容的正極、第二電感的一端和第二電容的負極連接；所述第二電感的另 一端分別與第二二極體的陽極和第三電容的負極連接；所述第二極體的陰極分別與第二電 容的正極和第三電感的一端連接；所述第三電容的正極分別與第三電感的另一端、第三二 極管的陰極、M0S管的漏極和第四電感的一端連接；所述第四電感的另一端分與輸出電容 的正極和負載的一端連接；所述電壓源的負極分別與第一電容的負極、輸出電容的負極、負 載的另一端和M0S管的源極連接。
[0016] 圖2a、圖2b給出了本實用新型電路的工作過程圖。圖2a、圖2b分別是M0S管S 導通和關斷時段的等效電路圖，圖中實線表示變換器中有電流流過的部分，虛線表示變換 器中無電流流過的部分。
[0017] 本實用新型的工作過程如下：
[0018] 階段1，如圖2a :M0S管S導通，此時第三二極體D3導通，第一二極體Di和第二二 極管D2均關斷。電路形成了四個迴路，分別是：電壓源Vi對第一電感Li充電儲能，形成回 路；第一電容Q與第三電容C3-起對第二電感L2進行充電儲能，形成迴路；第一電容Q與 第二電容c 2 -起對第三電感L3進行充電儲能，形成迴路；第一電容Ci與兩端阻抗網絡中的 電容、第四電感L4 一起對輸出電容C。和負載&供電，形成迴路。
[0019] 階段2,如圖2b :M0S管S關斷，此時第三二極體D3關斷，第一二極體Di和第二極 管D2導通。電路形成了四個迴路，分別是：電壓源Vi與第一電感U給第一電容Ci充電儲 能，形成迴路；第二電感L 2對第二電容C2充電，形成迴路；第三電感L3對第三電容C3充電， 形成迴路；電壓源\與第一電感U、兩端阻抗網絡中的電感一起對第四電感L 4、輸出電容C。 和負載&供電，形成迴路。
[0020] 綜上情況，設M0S管S的佔空比為d，開關周期為Ts。由於兩端阻抗網絡的對稱性， 即第二電感L 2與第三電感L3的電感量相等，第二電容C2與第三電容C3的電容值相等。因 此，有 VL2 = VL：3 = VL，VC2 = VC：3 = VC。VL2、VL：3、VC2 和 VC：3 分別是第二電感 L2、第三電感 L3、第 二電容C2和第三電容C3的電壓，並設定\和V。分別為兩端阻抗網絡電感電壓和電容電壓， VU和分別為第一電感U和第四電感L3的電壓，να為第一電容Ci的電壓，V s為M0S管 S漏極與源極之間的電壓。在一個開關周期1；內，令輸出電壓為V。。當變換器進入穩態工 作後，得出以下的電壓關係推導過程。
[0021] M0S管S導通期間，對應階段1所述的工作情形，因此有如下公式：
【權利要求】
1. 一種電流連續型高增益DC-DC變換器電路，其特徵在於包括電壓源（Vi)、第一電感 (U)、第一二極體汍）、第一電容（Q)、兩端阻抗網絡、MOS管（S)、第四電感（L 4)、輸出電容 (C。）和負載汍）;所述兩端阻抗網絡由第二電感江2)、第三電感α3)、第二電容（c 2)、第三電 容（C3)和第二二極體（D2)構成；所述電壓源（Vi)、第一電感（Li)、第三二極體（D 3)和MOS管 (S)依次串聯構成第一級升壓電路；所述第一電容（Ci)、兩端阻抗網絡和MOS管（S)依次串 聯構成第二級升壓電路；所述第四電感α 4)、輸出電容（C。）和負載（?)構成輸出電路。
2. 根據權利要求1所述的一種電流連續型高增益DC-DC變換器電路，其特徵在於所述 電壓源（Vi)的正極與第一電感（LJ的一端連接；所述第一電感（LJ的另一端分別與第一二 極管（Di)的陽極和第三二極體（D 3)的陽極連接；所述第一二極體（Di)的陰極分別與第一電 容（Q)的正極、第二電感α2)的一端和第二電容（c 2)的負極連接；所述第二電感α2)的另 一端分別與第二二極體（d2)的陽極和第三電容（c 3)的負極連接；所述第二二極體（d2)的陰 極分別與第二電容（c2)的正極和第三電感α 3)的一端連接；所述第三電容（c3)的正極分別 與第三電感α3)的另一端、第三二極體（d 3)的陰極、mos管（s)的漏極和第四電感α4)的一 端連接；所述第四電感α4)的另一端分別與輸出電容（c。）的正極和負載（?)的一端連接； 所述電壓源（\)的負極分別與第一電容（CJ的負極、輸出電容（c。）的負極、負載（?)的另 一端和mos管（s)的源極連接。
【文檔編號】H02M3/155GK203872055SQ201420232395
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年5月7日 優先權日:2014年5月7日
【發明者】丘東元, 楊立強, 張波, 張桂東, 黃子田 申請人:華南理工大學