一種電流連續(xù)型高增益dc-dc變換器電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種電流連續(xù)型高增益DC-DC變換器電路，包括電壓源，第一電感，第一二極管，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管構(gòu)成的兩端阻抗網(wǎng)絡(luò)，第三二極管，MOS管，第四電感，輸出電容和負(fù)載。本發(fā)明以電壓源、第一電感、第三二極管和MOS管依次串聯(lián)構(gòu)成第一級升壓電路；以第一電容、兩端阻抗網(wǎng)絡(luò)和MOS管依次串聯(lián)構(gòu)成第二級升壓電路；以第四電感、輸出電容和負(fù)載構(gòu)成輸出電路。本發(fā)明整個電路結(jié)構(gòu)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(xù)，負(fù)載電流連續(xù)，輸出輸入共地，兩端阻抗網(wǎng)絡(luò)中電容的電壓應(yīng)力低，且電路不存在啟動沖擊電流和MOS管開通瞬間的沖擊電流。
【專利說明】—種電流連續(xù)型高增益DC-DC變換器電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子電路【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種電流連續(xù)型高增益DC-DC變換器電路。
【背景技術(shù)】
[0002]在燃料電池發(fā)電、光伏發(fā)電中，由于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(xiàn)有用電設(shè)備的用電需求，也不能滿足并網(wǎng)的需求，往往需要將多個電池串聯(lián)起來達(dá)到所需的電壓。這種方法一方面大大降低了整個系統(tǒng)的可靠性，另一方面還需解決串聯(lián)均壓問題。為此，需要能夠把低電壓轉(zhuǎn)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(wǎng)絡(luò)電容電壓應(yīng)力，電源電流不連續(xù)，輸出與輸入不共地，且電路啟動時存在很大啟動沖擊電流問題，限制了該電路在實際中的應(yīng)用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電流連續(xù)型高增益DC-DC變換器電路，具體技術(shù)方案如下。
[0004]一種電流連續(xù)型高增益DC-DC變換器電路，包括電壓源、第一電感、第一二極管、第一電容、兩端阻抗網(wǎng)絡(luò)、第三二極管、MOS管、第四電感、輸出電容和負(fù)載。所述兩端阻抗網(wǎng)絡(luò)由第二電感、第三電感、第二電容、第三電容和第二二極管構(gòu)成；所述電壓源、第一電感、第三二極管和MOS管依次串聯(lián)構(gòu)成第一級升壓電路；所述第一電容、兩端阻抗網(wǎng)絡(luò)和MOS管依次串聯(lián)構(gòu)成第二級升壓電路；所述第四電感、輸出電容和負(fù)載構(gòu)成輸出電路。
[0005]優(yōu)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管的陽極和第三二極管的陽極連接；所述第一二極管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(fù)極連接；所述第二電感的另一端分別與第二二極管的陽極和第三電容的負(fù)極連接；所述第二二極管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、MOS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(fù)載的一端連接；所述電壓源的負(fù)極分別與第一電容的負(fù)極、輸出電容的負(fù)極、負(fù)載的另一端和MOS管的源極連接。
[0006]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明電路具有如下優(yōu)點和技術(shù)效果:整個電路結(jié)構(gòu)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(wǎng)絡(luò)中電容的電壓應(yīng)力反而降低了 ；對啟動沖擊電流具有很好的抑制作用，MOS管開通瞬間，輸出電容也不會對MOS管產(chǎn)生沖擊電流,可靠性提高；且輸入電源電流連續(xù),負(fù)載電流連續(xù),輸出與輸入共地，因而更適合應(yīng)用于燃料電池發(fā)電和光伏發(fā)電等新能源發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】。
【專利附圖】
【附圖說明】[0007]圖1是本發(fā)明【具體實施方式】中的一種電流連續(xù)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(xù)型高增益DC-DC變換器電路在其MOS管S導(dǎo)通和關(guān)斷時段的等效電路圖。
[0009]圖3a為本發(fā)明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中本發(fā)明電路的增益曲線與基本升壓電路的增益曲線在占空比d小于0.4內(nèi)的比較圖。
[0011]圖4為兩端阻抗網(wǎng)絡(luò)中電容的電壓與輸出電壓的比值隨占空比d的變化情況。
[0012]圖5為實例中電流連續(xù)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(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施作進(jìn)一步描述。
[0014]參考圖1，本發(fā)明所述的一種電流連續(xù)型高增益DC-DC變換器電路，其包括電壓源Vi,第一電感L1,第一二極管D1,第一電容C1,由第二電感L2、第三電感L3、第二電容C2、第三電容C3和第二二極管D2構(gòu)成的兩端阻抗網(wǎng)絡(luò)(如圖1中虛線框所示)，第三二極管D3,MOS管S，第四電感L4,輸出電容C。和負(fù)載所述電壓源Vp第一電感L1、第三二極管D3和MOS管依次串聯(lián)構(gòu)成第一級升壓電路；所述第一電容C1、兩端阻抗網(wǎng)絡(luò)和MOS管S依次串聯(lián)構(gòu)成第二級升壓電路；所述第四電感L4、輸出電容C。和負(fù)載&構(gòu)成輸出電路。MOS管S導(dǎo)通時，所述電壓源Vi對第一電感L1充電儲能；所述第一電容C1與第二電容C2 —起對第三電感L3充電儲能；所述第一電容C1與第三電容C3 —起對第二電感L2充電儲能；同時，第一電容C1與兩端阻抗網(wǎng)絡(luò)中的電容、第四電感L4 一起給輸出電容C。和負(fù)載&供電。當(dāng)MOS管S關(guān)斷時，所述第一二極管D1和第二二極管D2均導(dǎo)通，所述電壓源Vi與第一電感L1給第一電容C1充電儲能，形成回路；第二電感L2與第二電容C2并聯(lián)，形成回路；第三電感L3與第三電容C3并聯(lián)，形成回路；同時，電壓源Vi與第一電感L1、兩端阻抗網(wǎng)絡(luò)中的電感一起對第四電感L4、輸出電容C。和負(fù)載&供電，形成回路。整個電路結(jié)構(gòu)簡單，只用了一個MOS管，具有比較高的輸出電壓增益，電源電流連續(xù)，負(fù)載電流連續(xù)，輸出與輸入共地，且兩端阻抗網(wǎng)絡(luò)中的電容電壓應(yīng)力低，電路不存在啟動電流沖擊和MOS管開通瞬間的電流沖擊問題。
[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管的陽極和第三二極管的陽極連接；所述第一二極管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(fù)極連接；所述第二電感的另一端分別與第二二極管的陽極和第三電容的負(fù)極連接；所述第二極管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、MOS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(fù)載的一端連接；所述電壓源的負(fù)極分別與第一電容的負(fù)極、輸出電容的負(fù)極、負(fù)載的另一端和MOS管的源極連接。
[0016]圖2a、圖2b給出了本發(fā)明電路的工作過程圖。圖2a、圖2b分別是MOS管S導(dǎo)通和關(guān)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]本發(fā)明的工作過程如下:
[0018]階段1，如圖2a:M0S管S導(dǎo)通，此時第三二極管D3導(dǎo)通，第一二極管D1和第二二極管D2均關(guān)斷。電路形成了四個回路，分別是:電壓源Vi對第一電感L1充電儲能，形成回路；第一電容仏與第三電容C3—起對第二電感L2進(jìn)行充電儲能，形成回路；第一電容(^與第二電容C2 —起對第三電感L3進(jìn)行充電儲能，形成回路；第一電容C1與兩端阻抗網(wǎng)絡(luò)中的電容、第四電感L4 一起對輸出電容C。和負(fù)載&供電，形成回路。
[0019]階段2，如圖2b:M0S管S關(guān)斷，此時第三二極管D3關(guān)斷，第一二極管D1和第二極管D2導(dǎo)通。電路形成了四個回路，分別是:電壓源Vi與第一電感L1給第一電容C1充電儲能，形成回路；第二電感L2對第二電容C2充電，形成回路；第三電感L3對第三電容C3充電，形成回路；電壓源\與第一電感L1、兩端阻抗網(wǎng)絡(luò)中的電感一起對第四電感L4、輸出電容C。和負(fù)載&供電，形成回路。
[0020]綜上情況，設(shè)MOS管S的占空比為d，開關(guān)周期為Ts。由于兩端阻抗網(wǎng)絡(luò)的對稱性，即第二電感L2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 = VL3 = VL，Vc2 = Vc3 = VCo VL2> VL3> Vc2 和 Vc3 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，并設(shè)定\和V。分別為兩端阻抗網(wǎng)絡(luò)電感電壓和電容電壓，Vli和Vm分別為第一電感L1和第四電感L3的電壓，Va為第一電容C1的電壓，Vs為MOS管S漏極與源極之間的電壓。在一個開關(guān)周期Ts內(nèi)，令輸出電壓為V。。當(dāng)變換器進(jìn)入穩(wěn)態(tài)工作后，得出以下的電壓關(guān)系推導(dǎo)過程。
[0021]MOS管S導(dǎo)通期間，對應(yīng)階段I所述的工作情形，因此有如下公式:
[0022]vL1 = Vi (I)
[0023]vL2 = vL = Vci+Vc3 = VC1+VC (2)
[0024]vL3 = vL = Vci+Vc2 = VC1+VC (3)
[0025]vL4 = -V0 (4)
[0026]MOS管S導(dǎo)通時間為dTs。
[0027]MOS管S關(guān)斷期間，對應(yīng)階段2所述的工作情形，因此有如下公式:
[0028]vL1 = V1-Vci (5)
[0029]vL2 = vL = -Vc2 = -Vc (6)
[0030]vL3 = vL = -Vc3 = -Vc (J)
[0031]Vs = Vcl-vL+Vc = VC1+2VC (8)
[0032]vL4 = Vs-V0 = VC1+2VC-V0 (9)
[0033]MOS管S關(guān)斷時間為(1-d) Ts。
[0034]根據(jù)以上分析，對電感1^運用電感伏秒數(shù)守恒原理，聯(lián)立式⑴和式(5)可得:
[0035]ViClV(V1-Vci) (1-d) Ts = O (10)
[0036]因而，可得出第一電容C1的電壓Va與電壓源Vi之間的關(guān)系式為:
[0037]
【權(quán)利要求】
1.一種電流連續(xù)型高增益DC-DC變換器電路，其特征在于包括電壓源(Vi)、第一電感(U)、第一二極管(D1X第一電容(C1X兩端阻抗網(wǎng)絡(luò)、MOS管(S)、第四電感(L4)、輸出電容(C。)和負(fù)載(?);所述兩端阻抗網(wǎng)絡(luò)由第二電感化2)、第三電感(l3)、第二電容(c2)、第三電容(C3)和第二二極管(D2)構(gòu)成；所述電壓源(Vi)、第一電感(Li)、第三二極管(D3)和MOS管(S)依次串聯(lián)構(gòu)成第一級升壓電路；所述第一電容(C1X兩端阻抗網(wǎng)絡(luò)和MOS管(S)依次串聯(lián)構(gòu)成第二級升壓電路；所述第四電感(l4)、輸出電容(C。)和負(fù)載(?)構(gòu)成輸出電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電流連續(xù)型高增益DC-DC變換器電路，其特征在于所述電壓源(Vi)的正極與第一電感(L1)的一端連接；所述第一電感(L1)的另一端分別與第一二極管(D1)的陽極和第三二極管(D3)的陽極連接；所述第一二極管(D1)的陰極分別與第一電容(C1)的正極、第二電感(L2)的一端和第二電容(C2)的負(fù)極連接；所述第二電感(L2)的另一端分別與第二二極管(D2)的陽極和第三電容(C3)的負(fù)極連接；所述第二二極管(D2)的陰極分別與第二電容(C2)的正極和第三電感(L3)的一端連接；所述第三電容(C3)的正極分別與第三電感(L3)的另一端、第三二極管(D3)的陰極、MOS管(S)的漏極和第四電感(L4)的一端連接；所述第四電感(L4)的另一端分別與輸出電容(C。)的正極和負(fù)載(?)的一端連接；所述電壓源(Vi)的負(fù)極分別與第一電容(C1)的負(fù)極、輸出電容(C。)的負(fù)極、負(fù)載(?)的另一端和MOS管(S)的源極連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電流連續(xù)型高增益DC-DC變換器電路，其特征在于: 當(dāng)MOS管(S)導(dǎo)通時，所述第三二極管(D3)導(dǎo)通，第一二極管(D1)和第二二極管(D2)均關(guān)斷，電壓源(Vi)對第一電感(L1)充電儲能；所述第一電容(C1)與第二電容(C2) —起對第三電感(L3)充電儲能；所述第一電容(C1)與第三電容(C3) —起對第二電感(L2)充電儲能；同時，第一電容(C1)與 兩端阻抗網(wǎng)絡(luò)中的電容、第四電感(L4) 一起給輸出電容(C。)和負(fù)載(?)供電； 當(dāng)MOS管(S)關(guān)斷時，所述第一二極管(D1)和第二二極管(D2)均導(dǎo)通，所述電壓源Vi與第一電感L1給第一電容C1充電儲能，形成回路；第二電感(L2)與第二電容(C2)并聯(lián)，形成回路；第三電感化3)與第三電容(C3)并聯(lián)，形成回路；同時，電壓源(Vi)與第一電感(L1X兩端阻抗網(wǎng)絡(luò)中的電感一起給第四電感(L4)、輸出電容(C。)和負(fù)載(?)供電。
【文檔編號】H02M3/155GK104009633SQ201410191450
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月7日
【發(fā)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(xué)