CN108322044B - 一种基于反激磁耦合的Boost升压电路 - Google Patents

一种基于反激磁耦合的Boost升压电路 Download PDF

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Abstract

一种基于反激磁耦合的Boost升压电路，电源的正极分别与电感L1的同名端、绕组N1的同名端和二极管D1的阳极连接，电源的负极与功率开关管的发射极连接；功率开关管的集电极分别与电感L2的非同名端、二极管D2的阴极和二极管D4的阳极连接；绕组N1的非同名端与绕组N2的同名端连接，绕组N2的非同名端与二极管D5的阳极连接；电感L1的非同名端分别与二极管D2、D3的阳极连接；电感L2的同名端分别与二极管D2、D3的阴极连接；二极管D5、D4的阴极之间通过电容C2连接；二极管D4的阴极和功率开关管的发射极之间通过电容C1连接；负载R1、R2分别与电容C1、C2并联。该电路具有较高的电压增益。本发明通过电感与绕组之间的磁耦合有效提高了电路的电压增益。

Description

一种基于反激磁耦合的Boost升压电路
技术领域
本发明涉及电力电子直流变换器领域，具体涉及一种基于反激磁耦合的Boost升压电路。
背景技术
能源是推动人类社会发展的重要物质基础，伴随着全球经济的迅速发展，环境与能源问题日益成为人们关注的焦点。目前，大力发展及使用新能源与可再生能源如太阳能，风能，地热能等，实现能源的可持续发展，使之能有效应对环境与能源带来的挑战是国内外学者关注的热点。
可再生能源产生的电能一般用来实现并网、为负载供能和为蓄电池充电，越来越多的工业应用采用具有高升压增益特性的变换器，如清洁能源的前端变换器、不间断电源的直流后备能源***、汽车前照灯的高强度气体放电灯，以及通信电源等等。一般而言，太阳能产生的电能输出电压较低；在有些工况下风电整流后的电压无法为后级提供一个稳定合格的直流电压，这就需要在可再生能源装置与后级之间引入一级直流变换器，实现电压增益的提升，从而满足工作条件。
传统的Boost变换器可以实现低电压的提升，一般提升的倍数较小(4-5倍)，当需要较大升压倍数时(10倍以上)，需要工作在极限占空比下：由于功率器件寄生参数的存在，这样引起了严重的损耗；另外，功率开关管和二极管的电压应力均与输出电压相同，这样不利于低导通负载功率开关管的使用，同时输出二极管的反向恢复严重，造成了性能的下降。综上所述，在可再生能源***中，研究具有高增益性能的直流变换器，可以改善***的整体性能。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于反激磁耦合的Boost升压电路，该电路具有较高的电压增益，且其内部的功率开关管的电压应力较低。
为了实现上述目的，本发明提供了一种基于反激磁耦合的Boost升压电路，包括二极管D1～D5、电感L1和L2、绕组N1和N2、功率开关管、电容C1和C2、负载R1和R2；电感L1和L2、绕组N1和N2均绕设在同一根铁芯上；
电源的正极分别与电感L1的同名端、绕组N1的同名端和二极管D1的阳极连接，电源的负极与功率开关管的发射极连接；功率开关管的集电极分别与电感L2的非同名端、二极管D2的阴极和二极管D4的阳极连接；
绕组N1的非同名端与绕组N2的同名端连接，绕组N2的非同名端与二极管D5的阳极连接；
电感L1的非同名端分别与二极管D2的阳极和二极管D3的阳极连接；电感L2的同名端分别与二极管D1的阴极和二极管D3的阴极连接；
二极管D5的阴极和二极管D4的阴极之间通过电容C2连接；二极管D4的阴极和功率开关管的发射极之间通过电容C1连接；
负载R1与电容C1并联；负载R2与电容C2并联。
本发明中直流输入电源在功率开关管导通的情况下，能对第一电感与第二电感进行充电，通过绕组与电感之间的耦合作用，第一绕组与第二绕组可同时进行储能。进而能通过提高绕组与电感的匝数比值，来使得第二部分输出电压大幅度升高，从而提高了直流升压电路的总的电压增益，且功率开关管仍有较低的电压应力。
附图说明
图1是本发明的电路原理图；
图2是本发明中升压电路中主要元件的电压电流波形图；
图3是本发明中的升压电路在第一工作模态下的等效电路图；
图4是本发明中的升压电路在第二工作模态下的等效电路图；
图5是本发明中电感与绕组的同磁芯缠绕方式；
图6是本发明实例仿真输出波形与传统电压波形的对比。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种基于反激磁耦合的Boost升压电路，包括二极管D1～D5、电感L1和L2、绕组N1和N2、功率开关管、电容C1和C2、负载R1和R2；如图5所示，电感L1和L2、绕组N1和N2均绕设在同一根铁芯上；
电源的正极分别与电感L1的同名端、绕组N1的同名端和二极管D1的阳极连接，电源的负极与功率开关管的发射极连接；功率开关管的集电极分别与电感L2的非同名端、二极管D2的阴极和二极管D4的阳极连接；
绕组N1的非同名端与绕组N2的同名端连接，绕组N2的非同名端与二极管D5的阳极连接；
电感L1的非同名端分别与二极管D2的阳极和二极管D3的阳极连接；电感L2的同名端分别与二极管D1的阴极和二极管D3的阴极连接；
二极管D5的阴极和二极管D4的阴极之间通过电容C2连接；二极管D4的阴极和功率开关管的发射极之间通过电容C1连接；负载R1与电容C1并联；负载R2与电容C2并联。
下面以图1为主电路结构，同时，结合图3、图4叙述本发明中升压电路中的工作原理。
表1：本发明中的升压电路在电感电流连续模式下的功率开关管和二极管的导通、截止状态图
如表1所示，该升压电路在CCM模式下包括两种工作模态，分别为：
第一工作模态：功率开关管、二极管D1和二极管D2导通，二极管D3、二极管D4和二极管D5截止；
第二工作模态：功率开关管、二极管D1和二极管D2截止，二极管D3、二极管D4和二极管D5导通。
如图3所示，在第一工作模态中：电感L1和电感L2并联，直流电源电压分别直接加载在电感L1和电感L2上(两相电感的参数相同，匝数为N)，同时给电感L1和电感L2充电，其中电感L1和电感L2的匝数为N，绕组N1的匝数为N1，绕组N2的匝数为N2。此时，电感L1和电感L2两端的电压UL1和UL2都等于电源电压Ui；同时由于耦合作用，绕组N1两端电压为N1/N倍的电感电压，即等于N1/N倍的电源电压，绕组N2两端电压为N2/N倍的电感电压，即等于N2/N倍的电源电压。设功率开关管处于通态的时间为ton；电感L1电流IL1与电感L2电流IL2相等，设为IL。此阶段第一电感与第二电感上储能的能量为2UiILton。根据反激式电路原理，电感和绕组不会同时有电流流过，所以在如图3所示的反激磁耦合的Boost升压电路中，当功率开关管导通时，电感L1与电感L2中有电流流过，并且电感L1与电感L2的同名端为高电位，此时绕组N1与绕组N2的同名端为高电位，二极管D5截止。此时，绕组N1两端电压为N1/N倍的电感电压，即等于N1/N倍的电源电压，绕组N2两端电压为N2/N倍的电感电压，即等于N2/N倍的电源电压；
此阶段绕组N1与绕组N2上储能的能量为
如图4所示，在第二工作模态中：电感L1与电感L2相互串联，外加直流电源电压与其串联，共同给电容C1充电；绕组N1与绕组N2串联，同时串联直流电源电压共同给电容C2充电。设功率开关管处于断态的时间为toff，则在此期间电感释放的能量为(Uo1-Ui)ILtoff。当功率开关管关断时，绕组N1与绕组N2的同名端为低电位，二极管D5导通，因此，绕组N1与绕组N2，外加直流电源电压相互串联给电容C2充电，在下一个周期的输出二极管截止时，由电容C2向负载R2提供电压。则在此期间电感释放的能量为(Uo2-Ui)toff。
电路工作于稳态时，一个周期中电感L1与电感L2储能的能量与释放的能量相等，即
ton＝DTs；
toff＝(1-D)Ts；
2UiILton＝(Uo1-Ui)ILtoff；
化简得
其中，Ts为开关周期；D为功率开关管导通的占空比。
同样地，一个周期中绕组储能的能量与释放的也能量相等，即
其中D为功率开关管导通的占空比。
因此电路稳态输出时，电路的电压增益G为：
图6示出了本发明中升压电路输出电压的仿真波形与传统波形的对比。位于上部的为本申请的输出电压波形，位于下部的为传统的输出电压波形，由此，可知，本申请的升压电路输出电压的增益显著大于现有技术中升压电路的电压增益。
另外，图2还示出了本发明中升压电路中主要元件的电压电流波形图。
综上所述，本发明提出的基于反激磁耦合的Boost升压电路，结构简单，控制方便，在相同占空比的条件下，能通过合理设计耦合电感的匝数，较大幅度地提高升压电路的电压增益；同时，能保证升压电路中的功率开关管的电压应力相对较低。

Claims (3)

1.一种基于反激磁耦合的Boost升压电路，其特征在于，包括二极管D1～D5、电感L1和L2、绕组N1和N2、功率开关管、电容C1和C2、负载R1和R2；电感L1和L2、绕组N1和N2均绕设在同一根铁芯上；
电源的正极分别与电感L1的同名端、绕组N1的同名端和二极管D1的阳极连接，电源的负极与功率开关管的发射极连接；功率开关管的集电极分别与电感L2的非同名端、二极管D2的阴极和二极管D4的阳极连接；
绕组N1的非同名端与绕组N2的同名端连接，绕组N2的非同名端与二极管D5的阳极连接；
电感L1的非同名端分别与二极管D2的阳极和二极管D3的阳极连接；电感L2的同名端分别与二极管D1的阴极和二极管D3的阴极连接；
二极管D5的阴极和二极管D4的阴极之间通过电容C2连接；二极管D4的阴极和功率开关管的发射极之间通过电容C1连接；
负载R1与电容C1并联；负载R2与电容C2并联。
2.根据权利要求1所述的一种基于反激磁耦合的Boost升压电路,其特征在于,所述功率开关管均为MOS管或IGBT管。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于反激磁耦合的Boost升压电路,其特征在于，二级管D1～D5均为快速恢复二极管或肖特基二极管。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110048611A (zh) * 2019-05-29 2019-07-23 哈尔滨工业大学 基于开关电容和耦合电感的高电压增益软开关dc-dc变换器

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101170277A (zh) * 2006-10-25 2008-04-30 日立空调·家用电器株式会社 Dc-dc变换器及其控制方法
CN203491895U (zh) * 2013-09-27 2014-03-19 王琳 高升压比双开关直流变换器
CN203775027U (zh) * 2013-12-30 2014-08-13 杭州禾迈电力电子技术有限公司 一种光伏模块用双向电压输出的高升压比变换器
CN104218801A (zh) * 2014-09-26 2014-12-17 三峡大学 一种非隔离型高增益dc/dc变换器
CN105119487A (zh) * 2015-09-23 2015-12-02 青岛理工大学 一种带开关电感的耦合电感boost升压变换装置
CN204947896U (zh) * 2015-09-23 2016-01-06 青岛理工大学 一种带开关电感的耦合电感boost升压变换装置
CN105553266A (zh) * 2016-01-22 2016-05-04 江苏大学 一种交错并联高增益Boost变换电路及其工作方法
CN107317479A (zh) * 2017-06-16 2017-11-03 辽宁工程技术大学 一种磁集成开关电感交错型高增益Boost变换器

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8368362B2 (en) * 2010-09-02 2013-02-05 National Formosa University Boost-forward-flyback high gain converter

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101170277A (zh) * 2006-10-25 2008-04-30 日立空调·家用电器株式会社 Dc-dc变换器及其控制方法
CN203491895U (zh) * 2013-09-27 2014-03-19 王琳 高升压比双开关直流变换器
CN203775027U (zh) * 2013-12-30 2014-08-13 杭州禾迈电力电子技术有限公司 一种光伏模块用双向电压输出的高升压比变换器
CN104218801A (zh) * 2014-09-26 2014-12-17 三峡大学 一种非隔离型高增益dc/dc变换器
CN105119487A (zh) * 2015-09-23 2015-12-02 青岛理工大学 一种带开关电感的耦合电感boost升压变换装置
CN204947896U (zh) * 2015-09-23 2016-01-06 青岛理工大学 一种带开关电感的耦合电感boost升压变换装置
CN105553266A (zh) * 2016-01-22 2016-05-04 江苏大学 一种交错并联高增益Boost变换电路及其工作方法
CN107317479A (zh) * 2017-06-16 2017-11-03 辽宁工程技术大学 一种磁集成开关电感交错型高增益Boost变换器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Integrated switched coupled-inductor boost-flyback converter;Xinping Ding et al.;《2017 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE)》;20171005;第211-216页 *

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