CN212909346U - 升压功率变换电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种升压功率变换电路，包括输入电源Vin、直流母线电容C1、直流母线电容C2、飞跨电容Cfly、功率开关管Q1、功率开关管Q2、功率二极管D1、功率二极管D2、旁路D3、功率二极管D4、开关S、电感L。本申请与现有飞跨电容三电平BOOST升压电路对比，功率管不会过压击穿，提升产品竞争力。

Description

升压功率变换电路

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种升压功率变换电路。

背景技术

升压电路广泛应用于光伏、储能等领域。由于市场上通用的功率开关管为低压器件，其难以承受更高电压，目前普遍采用多电平BOOST升压电路。与传统的两电平BOOST升压电路相比，多电平BOOST升压电路能够实现中高压大功率输出。

如图1所示的一种常用的飞跨电容三电平BOOST升压电路，该电路存在如下不足：

1)该电路初始上电过程中，因为飞跨电容Cfly初始电压为0，故上电过程中，功率开关管Q2将承受整个输入电压Vin，导致功率开关管Q2可能被过压击穿；

2)多路BOOST升压电路输出并联时(共母线输出)，其他电路上电过程中，若某路BOOST升压电路输入未上电，那么该电路的飞跨电容和输入电压均为0，此时该电路的功率二极管D2将承受整个母线电压Vbus，同样会导致功率开关管D2可能被过压击穿。

实用新型内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种升压功率变换电路，以解决对称BOOST升压功率变换电路存在的功率开关管被过压击穿的问题。

本申请解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

根据本申请的一个方面，提供一种升压功率变换电路，包括输入电源Vin、直流母线电容C1、直流母线电容C2、飞跨电容Cfly、功率开关管Q1、功率开关管Q2、功率二极管D1、功率二极管D2、旁路D3、功率二极管D4、开关S、电感L；

所述输入电源Vin的正极与所述电感L的一端以及所述旁路D3的一端连接，所述电感L的另一端与所述功率二极管D1的阳极以及所述功率开关管Q1的输入端连接，所述功率二极管D1的阴极与所述飞跨电容Cfly的一端以及所述功率二极管D2的阳极连接，所述功率二极管D2的阴极与所述开关S的一端连接，所述开关S的另一端与所述旁路D3的另一端以及所述直流母线电容C1的一端连接；

所述功率开关管Q1的输出端与所述功率开关管Q2的输入端、所述飞跨电容Cfly的另一端、所述功率二极管D4的阳极连接，所述功率二极管D4的阴极与所述直流母线电容C1的另一端以及所述直流母线电容C2的一端连接；

所述输入电源Vin的负极与所述功率开关管Q2的输出端以及所述直流母线电容C2的另一端连接；

所述功率开关管Q1和所述功率开关管Q2的控制端分别用于接收控制信号，所述控制信号用于断开或者导通所述功率开关管Q1和所述功率开关管Q2。

根据本申请的另一个方面，提供一种升压功率变换电路，包括输入电源Vin、直流母线电容C1、直流母线电容C2、飞跨电容Cfly、功率开关管Q1、功率开关管Q2、功率二极管D1、功率二极管D2、旁路D3、功率二极管D4、开关S、电感L；

所述输入电源Vin的负极与所述电感L的一端以及所述旁路D3的一端连接，所述电感L的另一端与所述功率二极管D1的阴极以及所述功率开关管Q2的输出端连接，所述功率二极管D1的阳极与所述飞跨电容Cfly的一端以及所述功率二极管D2的阴极连接，所述功率二极管D2的阳极与所述开关S的一端连接，所述开关S的另一端与所述旁路D3的另一端以及所述直流母线电容C2的一端连接；

所述功率开关管Q2的输入端与所述功率开关管Q1的输出端、所述飞跨电容Cfly的另一端、所述功率二极管D4的阴极连接，所述功率二极管D4的阳极与所述直流母线电容C2的另一端以及所述直流母线电容C1的一端连接；

所述输入电源Vin的正极与所述功率开关管Q1的输入端以及所述直流母线电容C1的另一端连接；

所述功率开关管Q1和所述功率开关管Q2的控制端分别用于接收控制信号，所述控制信号用于断开或者导通所述功率开关管Q1和所述功率开关管Q2。

本申请实施例的升压功率变换电路，与现有飞跨电容三电平BOOST升压电路对比，功率管不会过压击穿，提升产品竞争力。

附图说明

图1为现有的飞跨电容三电平BOOST升压电路示意图；

图2为本申请实施例的升压功率变换电路示意图；

图3为本申请实施例的另一升压功率变换电路示意图。

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语中“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

如图2所示，本申请实施例提供一种升压功率变换电路，包括输入电源Vin、直流母线电容C1、直流母线电容C2、飞跨电容Cfly、功率开关管Q1、功率开关管Q2、功率二极管D1、功率二极管D2、旁路D3、功率二极管D4、开关S、电感L；

所述输入电源Vin的正极与所述电感L的一端以及所述旁路D3的一端连接，所述电感L的另一端与所述功率二极管D1的阳极以及所述功率开关管Q1的输入端连接，所述功率二极管D1的阴极与所述飞跨电容Cfly的一端以及所述功率二极管D2的阳极连接，所述功率二极管D2的阴极与所述开关S的一端连接，所述开关S的另一端与所述旁路D3的另一端以及所述直流母线电容C1的一端连接；

所述功率开关管Q1的输出端与所述功率开关管Q2的输入端、所述飞跨电容Cfly的另一端、所述功率二极管D4的阳极连接，所述功率二极管D4的阴极与所述直流母线电容C1的另一端以及所述直流母线电容C2的一端连接；

所述输入电源Vin的负极与所述功率开关管Q2的输出端以及所述直流母线电容C2的另一端连接；

所述功率开关管Q1和所述功率开关管Q2的控制端分别用于接收控制信号，所述控制信号用于断开或者导通所述功率开关管Q1和所述功率开关管Q2。

在本实施例中，为了保证功率开关管的安全，当飞跨电容电压Vfly充电到设定范围内时，开关S才可以闭合；超出该设定范围内，开关S断开。

BOOST工作前，开关S处于断开状态，故输入电源Vin必须通过D3给直流母线(图中的BUS+、BUS-)充电，D3可以为一个高压功率开关管或多个低压功率开关管串联组成。在两级式并网逆变器中，当BOOST不工作时，D3还其着旁路作用。D3不存在高频开关状态，故D3可以使用成本较低的普通功率二极管。

在本实施例中，所述功率开关管Q1和所述功率开关管Q2均包括金属-氧化物半导体场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管、三极管中的一种。

下面详细说明该电路解决功率管过压击穿问题的工作原理：

1、解决输入上电过程中，功率开关管Q2被过压击穿问题。

升压功率变换电路正常工作之前，开关S为断开状态。输入上电后，D3导通，D1导通，D4导通，输入电压给飞跨电容Cfly及直流母线电容C1、C2充电。

D3、D1及D4导通后，使得飞跨电容Cfly和直流母线电容C1并联，由于C1远远大于Cfly，且C1＝C2，故有Vfly＝Vbus+＝Vbus-＝0.5Vin，即上电过程中，功率开关管Q2承受的反向电压始终为0.5Vin，故解决了功率开关管Q2过压击穿的问题。

2、解决多路BOOST输出并联时(共母线输出)，其他BOOST电路上电时，输入未上电的BOOST功率管二极管D2被过压击穿问题。

输入未上电的BOOST，即飞跨电容电压Vfly为零，该BOOST电路不工作，开关S始终处于断开状态。此时即使其他BOOST上电，由于开关S处于断开状态，故功率管二极管D2不承受反向电压，D3承受母线电压，由于D3选择为高压管或多个低压管串联组成，故D3不会被过压击穿。

实施例2

如图3所示，本申请实施例提供一种升压功率变换电路，包括输入电源Vin、直流母线电容C1、直流母线电容C2、飞跨电容Cfly、功率开关管Q1、功率开关管Q2、功率二极管D1、功率二极管D2、旁路D3、功率二极管D4、开关S、电感L；

所述输入电源Vin的负极与所述电感L的一端以及所述旁路D3的一端连接，所述电感L的另一端与所述功率二极管D1的阴极以及所述功率开关管Q2的输出端连接，所述功率二极管D1的阳极与所述飞跨电容Cfly的一端以及所述功率二极管D2的阴极连接，所述功率二极管D2的阳极与所述开关S的一端连接，所述开关S的另一端与所述旁路D3的另一端以及所述直流母线电容C2的一端连接；

所述功率开关管Q2的输入端与所述功率开关管Q1的输出端、所述飞跨电容Cfly的另一端、所述功率二极管D4的阴极连接，所述功率二极管D4的阳极与所述直流母线电容C2的另一端以及所述直流母线电容C1的一端连接；

所述输入电源Vin的正极与所述功率开关管Q1的输入端以及所述直流母线电容C1的另一端连接；

所述功率开关管Q1和所述功率开关管Q2的控制端分别用于接收控制信号，所述控制信号用于断开或者导通所述功率开关管Q1和所述功率开关管Q2。

在本实施例中，所述功率开关管Q1和所述功率开关管Q2均包括金属-氧化物半导体场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管、三极管中的一种。

在本实施例中，所述旁路D3包括为以下至少之一：

功率二极管、高压功率开关管、多个低压功率开关管串联组成。

工作原理可参考前述内容，在此不作赘述。

以上参照附图说明了本申请的优选实施例，并非因此局限本申请的权利范围。本领域技术人员不脱离本申请的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本申请的权利范围之内。

Claims (8)

1.一种升压功率变换电路，其特征在于，包括输入电源Vin、直流母线电容C1、直流母线电容C2、飞跨电容Cfly、功率开关管Q1、功率开关管Q2、功率二极管D1、功率二极管D2、旁路D3、功率二极管D4、开关S、电感L；

所述输入电源Vin的正极与所述电感L的一端以及所述旁路D3的一端连接，所述电感L的另一端与所述功率二极管D1的阳极以及所述功率开关管Q1的输入端连接，所述功率二极管D1的阴极与所述飞跨电容Cfly的一端以及所述功率二极管D2的阳极连接，所述功率二极管D2的阴极与所述开关S的一端连接，所述开关S的另一端与所述旁路D3的另一端以及所述直流母线电容C1的一端连接；

所述功率开关管Q1的输出端与所述功率开关管Q2的输入端、所述飞跨电容Cfly的另一端、所述功率二极管D4的阳极连接，所述功率二极管D4的阴极与所述直流母线电容C1的另一端以及所述直流母线电容C2的一端连接；

所述输入电源Vin的负极与所述功率开关管Q2的输出端以及所述直流母线电容C2的另一端连接；

所述功率开关管Q1和所述功率开关管Q2的控制端分别用于接收控制信号，所述控制信号用于断开或者导通所述功率开关管Q1和所述功率开关管Q2。

2.根据权利要求1所述的升压功率变换电路，其特征在于，所述功率开关管Q1和所述功率开关管Q2均包括金属-氧化物半导体场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管、三极管中的一种。

3.根据权利要求1所述的升压功率变换电路，其特征在于，所述旁路D3包括功率二极管；或者，所述旁路D3包括高压功率开关管；或者，所述旁路D3由多个低压功率开关管串联组成。

4.根据权利要求1-3任一所述的升压功率变换电路，其特征在于，所述直流母线电容C1的容值与所述直流母线电容C2的容值相同。

5.一种升压功率变换电路，其特征在于，包括输入电源Vin、直流母线电容C1、直流母线电容C2、飞跨电容Cfly、功率开关管Q1、功率开关管Q2、功率二极管D1、功率二极管D2、旁路D3、功率二极管D4、开关S、电感L；

所述输入电源Vin的负极与所述电感L的一端以及所述旁路D3的一端连接，所述电感L的另一端与所述功率二极管D1的阴极以及所述功率开关管Q2的输出端连接，所述功率二极管D1的阳极与所述飞跨电容Cfly的一端以及所述功率二极管D2的阴极连接，所述功率二极管D2的阳极与所述开关S的一端连接，所述开关S的另一端与所述旁路D3的另一端以及所述直流母线电容C2的一端连接；

所述功率开关管Q2的输入端与所述功率开关管Q1的输出端、所述飞跨电容Cfly的另一端、所述功率二极管D4的阴极连接，所述功率二极管D4的阳极与所述直流母线电容C2的另一端以及所述直流母线电容C1的一端连接；

所述输入电源Vin的正极与所述功率开关管Q1的输入端以及所述直流母线电容C1的另一端连接；

所述功率开关管Q1和所述功率开关管Q2的控制端分别用于接收控制信号，所述控制信号用于断开或者导通所述功率开关管Q1和所述功率开关管Q2。

6.根据权利要求5所述的升压功率变换电路，其特征在于，所述功率开关管Q1和所述功率开关管Q2均包括金属-氧化物半导体场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管、三极管中的一种。

7.根据权利要求5所述的升压功率变换电路，其特征在于，所述旁路D3包括功率二极管；或者，所述旁路D3包括高压功率开关管；或者，所述旁路D3由多个低压功率开关管串联组成。

8.根据权利要求5-7任一所述的升压功率变换电路，其特征在于，所述直流母线电容C1的容值与所述直流母线电容C2的容值相同。

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