一种super-boost变换器

专利摘要:
本实用新型公开了一种super‑boost变换器，其特征在于，包括输入电源Vin，输入电源Vin的正端与开关管S2的源极、电感L1的一端相连，电感L1的另一端与开关二极管D1的阳极、开关管S1的源极相连，开关二极管D1的阴极与储能电容C1、滤波电感L3的一端相连。有益效果在于：本实用新型的高增益低开关电压应力的super‑boost变换器与现有技术相比，具有以下优点：电路采用级联的形式，与传统升压变换器相比，这种变换器的电压增益更优化。2、在传统super‑boost变换器基础上引入了电感L1和开关管S1，在有效提高变换器电压增益的同时，还降低了开关管的电压应力。
公开号:CN214337805U
申请号:CN202022999075.9U
申请日:2020-12-15
公开日:2021-10-01
发明作者:丁敏；夏兴宇；邹永杰；刘正堂；马光圆；李蒙；刘分；盛靖超；郭金溢
申请人:Unit 63893 Of Pla；
IPC主号:H02M3-158

专利说明:
[n0001] 本实用新型涉及升压变换器领域，具体涉及一种super-boost变换器。
[n0002] 随着科技发展所带来的环境恶化等问题的日益凸出，清洁型可再生能源的研制刻不容缓，其中太阳能、燃料电池的应用更加广泛。在新能源进行逆变并网过程中，需要DC-DC升压变换器将输入的低压转换成高压进行输出。目前有很多升压变换器可满足并网要求，但是大多都是采用耦合电感的形式来实现，这种设计方式难度较大，虽然也有很多学者采用级联等方式，但是级联存在成本增加和效率降低的问题。
[n0003] 目前，传统的super-boost变换器可提高电压增益，但是开关管的电压应力较大，这对于开关管的选型是不利的，同时还会增加开关损耗，降低变换器效率。
[n0004] 本实用新型的目的是为了解决上述背景技术中的问题而提供一种高增益低开关电压应力的super-boost变换器，该变换器电路采用级联的形式，与传统升压变换器相比，电压增益更优化，同时降低了开关管的电压应力，工作效率更高，详见下文阐述。
[n0005] 为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：
[n0006] 本实用新型提供的一种super-boost变换器，其特征在于，包括输入电源Vin，输入电源Vin的正端与开关管S2的源极、电感L1的一端相连，电感L1的另一端与开关二极管D1的阳极、开关管S1的源极相连，开关二极管D1的阴极与储能电容C1、滤波电感L3的一端相连，储能电容C1的另一端与储能电感L2的一端和开关管S2的漏极相连，滤波电感L3的另一端与滤波电容C2、负载R1的一端相连，输入电源Vin的阴极、开关管S1的漏极、电感L2的另一端、电容C2的另一端和负载的另一端共同与地连接。
[n0007] 有益效果在于：本实用新型的高增益低开关电压应力的super-boost变换器与现有技术相比，具有以下优点：
[n0008] 1、电路采用级联的形式，与传统升压变换器相比，这种变换器的电压增益更优化。
[n0009] 2、在传统super-boost变换器基础上引入了电感L1和开关管S1，在有效提高变换器电压增益的同时，还降低了开关管的电压应力。
[n0010] 3、变换器没有额外增加电容和二极管等无源器件，相比于通过增加电容自举升压单元、开关电容单元、开关电感单元等升压单元而言，变换器效率更高。
[n0011] 4、所述变换器的输入电感L1不仅使得输入电流连续，而且由于电感电流不能突变，有效的避免了二极管D1在开通瞬间大电流所带来的冲击。
[n0012] 5、所述变换器采用同步控制方案，相比比交错导通型变换器，更易实现控制。
[n0013] 为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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。
[n0014] 图1为本实用新型升压变换器的电路图；
[n0015] 图2为本实用新型升压变换器模态1等效电路图；
[n0016] 图3为本实用新型升压变换器模态2等效电路图；
[n0017] 图4为本实用新型升压变换器的工作电压和电流的波形图；
[n0018] 图5为本实用新型升压变换器的仿真波形图。
[n0019] 为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。
[n0020] 本实用新型提供的一种高增益低开关电压应力的新型super-boost变换器，如图1所示，包括输入电源Vin，输入电源Vin的正端分别与开关管S2的源极、电感L1的一端相连，电感L1的另一端分别与开关二极管D1的阳极、开关管S1的源极相连，开关二极管D1的阴极分别与储能电容C1、滤波电感L3的一端相连，储能电容C1的另一端分别与储能电感L2的一端和开关管S2的漏极相连，滤波电感L3的另一端分别与滤波电容C2、负载R1的一端相连，输入电源Vin的阴极、开关管S1的漏极、电感L2的另一端、电容C2的另一端和负载的另一端共同与地连接。
[n0021] 其中，S1和S2为半导体晶体开关管，一般为MOSFET或IGBT。
[n0022] 当变换器的开关管S1和开关管S2同时导通时为模态1，其等效电路图如图2所示，图2中，黑色线表示开通，灰色线表示关断，黑色虚线表示电路通路，输入电源为Vin，输入电流大小为iin，电感L1两端的电压大小为VL1，流过电感L1的电流为iL1，电感L2两端的电压大小为VL2，流过电感L1的电流为iL2，电感L3两端的电压大小为VL3，流过电感L3的电流为iL3，电容C1两端的电压大小为VC1，电容C2两端的电压大小为VC2，负载大小为R1，输出电压大小为Vo；
[n0023] 模态1时，二极管D1因开关管S1的接地而截至，流过二极管D1的电流为零，电感L1、电感L2和电感L3电流线性上升，此时电感L1和电感L2两端的电压大小均与输入源电压大小相等，电容C1一方面给电感L3充电，另一方面给负载供电。电路建立起来的稳态关系可表示为：
[n0024] V_L1=V_in
[n0025] V_L2=V_in
[n0026] V_L3=V_in+V_C1-V_o
[n0027] 当变换器的开关管S1和开关管S2同时关断，即为模态2时，其等效电路图如图3所示，此时，二极管D1两端电压因正向偏置而导通，电感L1、电感L2和电感L3的电压极性发生翻转，电流iL1、iL2和iL3均线性下降，电感L1、电感L2联合输入源Vin共同为C1电容充电，以补充模态1阶段释放的能量，此时电路建立起来的稳态关系可表示为：
[n0028] V_C1=V_in+V_L1+V_L2
[n0029] V_o=V_in+V_L1+V_L3
[n0030] 由上述分析可得电路增益和开关管两端的电压应力表达式：
[n0031] M=V_o/V_in =(1+D)/(1-D)
[n0032] 表达式中D为开关管S1和开关管S2同时导通时的占空比。
[n0033] 开关管S1和开关管S2两端的电压应力大小表达式为：
[n0034] V_S1=V_S2=V_in/(1-D)
[n0035] 相比于传统super-boost变换器而言，电压增益提高了（1+D）倍，开关管电压应力缩小为传统super-boost变换器的（1+D）倍。
[n0036] 变换器按照模态1和模态2工作时，开关管S1两端的电压与输出电压波形、电感L1的电流（输入电流）与开关管S1的驱动电压波形、二极管D1两端的电压波形的具体描述如图5所示，在图5中，仿真条件设置为：
[n0037] 输入源电压Vin=20V，输出电压Vo=80V，电感L1和电感L2的感量大小为L1=L2=100µH，电感L3的感量大小为L3=300µH，C1电容容量为220µF，C2电容容量大小为470µF，阻抗R1=10Ω。
[n0038] 以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

权利要求:
Claims (1)
[0001] 1.一种super-boost变换器，其特征在于，包括输入电源Vin，输入电源Vin的正端与开关管S2的源极、电感L1的一端相连，电感L1的另一端与开关二极管D1的阳极、开关管S1的源极相连，开关二极管D1的阴极与储能电容C1、滤波电感L3的一端相连，储能电容C1的另一端与储能电感L2的一端和开关管S2的漏极相连，滤波电感L3的另一端与滤波电容C2、负载R1的一端相连，输入电源Vin的阴极、开关管S1的漏极、电感L2的另一端、电容C2的另一端和负载的另一端共同与地连接。

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同族专利:

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公开号 | 公开日

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引用文献:

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公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

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法律状态:
2021-10-01| GR01| Patent grant|

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2021-10-01| GR01| Patent grant|

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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CN202022999075.9U|CN214337805U|2020-12-15|2020-12-15|一种super-boost变换器|CN202022999075.9U| CN214337805U|2020-12-15|2020-12-15|一种super-boost变换器|