專利名稱：高升壓比直流電源的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電力電子技術領域的高升壓比直流電源，具體地說，涉及的是一種大于15倍壓輸出的直流升壓變換器。
背景技術：
DC-DC升壓變換器是光伏發電、電動汽車和通信電源的重要組成部分。隨著我國光伏產業、新能源汽車和通信的迅猛發展，對于DC-DC升壓變換器的需求越來越旺盛，對DC-DC升壓變換器的輸出電壓等級要求也越來越高。體積小、重量輕、穩定性好、安全系數高、低直流電壓輸入的DC-DC升壓變換器符合光伏發電、電動汽車和通信的發展要求，具有良好的應用前景。DC-DC升壓變換器為了完成較低直流電壓輸入-高直流電壓輸出，可以采用帶隔離升壓變壓器的方案和非隔離方案。目前對于后者可以采用兩種倍壓方法二級交錯和二級串聯。二級倍壓電路將輸入的低直流電壓升壓變換為高直流電壓，電路結構簡單，控制容易，成本較低，但是升壓能力仍然有限，不能滿足較低直流電壓供電的應用場合。與帶隔離型升壓變壓器的方案相比，非隔離型的DC-DC變換器具有體積小，結構簡單，成本低廉，電源利用率高，穩定可靠的優點。經過對現有適合低壓直流電壓輸入-高壓直流電壓輸出應用場合的升壓變換器技術的檢索發現，“A Bridgeless Interleaved PWM Boost Rectifier with IntrinsicVoltage-Doubler Characteristic，，(Telecommunications Energy Conference, 2009)中描述的DC-DC升壓變換器的輸出電壓等級低，功能和性能較差，很難應用于光伏發電、電動汽車和通信電源等應用場合。為了完成較低直流電壓輸入-高直流電壓輸出，采用高升壓比直流電路，電源利用率高，輸出直流電流波幅小，供電質量高，擴大低壓電源的應用場合。綜上所述，現有的低直流電壓輸入-高直流電壓輸出變換器的輸出電壓等級低，不適用于光伏發電、電動汽車和通信電源等需要高電壓等級輸出的場合。隨著實踐應用的擴大，設計一種結構簡單、控制簡便、成本低廉、輸出電壓等級高的升壓變換器已成為本領域技術人員的當務之急。
實用新型內容本實用新型的目的在于解決現有技術中的上述不足，提供一種高升壓比直流電路，即三倍壓DC-DC升壓變換器，使其實現DC/DC變換。為實現上述的目的，本實用新型所述的一種高升壓比直流電路，包括依次級聯的升壓電路和濾波電路，其中所述升壓電路的輸出端與所述濾波電路的輸入端相連，所述升壓電路兩端分別與兩個電源的正極和負極相連；所述濾波電路為電容濾波電路，兩端分別相連整流器的兩個輸出端。所述的升壓電路為高升壓比直流電路第一電解電容正極與輸入電源正極相連，負極與輸入電源負極相連。第一電感兩端分別與輸入電源正極和第一節點A相連，第二電感兩端分別與輸入電源正極和第二節點B相連，第三電感兩端分別與輸入電源正極和第三節點C相連。第一雙向開關集電極與第一節點A相連，發射極與輸入電源負極相連；第二雙向開關集電極與第二節點B相連，發射極與輸入電源負極相連；第三雙向開關集電極與第三節點C相連，發射極與輸入電源負極相連。第一二極管的陽極與第一節點A相連，陰極與第四節點D相連；第二二極管陽極與輸出電源負極相連，陰極與第一節點A相連；第三二極管陽極與第四節點D相連，陰極與輸出電源正極相連；第四二極管陽極與第三節點C相連，陰極與輸出電源正極相連；第五二極管陽極與輸出電源負極相連，陰極與第三節點C相連。第二電解電容負極與第二節點B相連，正極與第四節點D相連；第三電解電容負極與第五節點E相連，正極與第二節點B相連；第四電解電容負極與輸出電源負極相連，正極與第五節點E相連。所述的三個雙向開關的門極接受PWM脈沖控制信號，并且使得三個雙向開關的工作時序為在一個開關周期內，初始時，第一雙向開關、第二雙向開關和第三雙向開關同時開通；第一雙向開關、第二雙向開關和第三雙向開關依次關斷，時間依次相差1/3個開關周期，第一雙向開關、第二雙向開關和第三雙向開關依次開通，時間依次相差1/3個開關周期；第二電解電容、第三電解電容和第四電解電容的電壓相等，第五電解電容的電壓是第二電解電容、第三電解電容和第四電解電容的電壓的3倍；每個雙向開關的門極接受PWM脈沖控制信號的占空比相同。如此循環，輸出三倍壓直流電壓。所述的濾波電路為電容濾波電路，第五電解電容正極與輸出電源正極相連，負極與輸出電源負極相連，第一電阻為穩定電阻與第五電容兩端并聯。采用上述技術方案，本實用新型利用三級交錯DC-DC升壓電路將低直流電壓轉換為高直流電壓進行處理，制定了低直流電壓輸入-高直流電壓輸出的升壓變換器，升壓結構簡單，控制方便，可將輸入較低直流電壓升壓處理，開關應力小，電源利用率高，輸出電壓穩定性好，安全系數高，能夠適應電動汽車和通信電源等應用場合。本實用新型具有設計結構新穎、通用性強、成本低等優點。
圖1為本實用新型電路原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型的技術方案作進一步的解釋，但是以下的內容不用于限定本實用新型的保護范圍。如圖1所示，本實施例提供一種24V輸入-385V輸出的直流升壓變換器，功率等級為2. OkW，包括依次級聯的升壓電路I和濾波電路2，升壓電路I的輸出端與濾波電路2的輸入端相連。所述的升壓電路I為高升壓比直流電路第一電解電容El正極與輸入電源正極Pl相連，負極與輸入電源負極NI相連。第一電感LI兩端分別與輸入電源正極Pl和第一節點A相連，第二電感L2兩端分別與輸入電源正極Pl和第二節點B相連，第三電感L2兩端分別與輸入電源正極Pl和第三節點C相連。第一雙向開關SI集電極與第一節點A相連，發射極與輸入電源負極NI相連；第二雙向開關S2集電極與第二節點B相連，發射極與輸入電源負極NI相連；第三雙向開關S3集電極與第三節點C相連，發射極與輸入電源負極NI相連。第一二極管FRDl的陽極與第一節點A相連，陰極與第四節點D相連；第二二極管FRD2陽極與輸出電源負極N2相連，陰極與第一節點A相連；第三二極管FRD3陽極與第四節點D相連，陰極與輸出電源正極P2相連；第四二極管FRD4陽極與第三節點C相連，陰極與輸出電源正極P2相連；第五二極管FRD5陽極與輸出電源負極N2相連，陰極與第三節點C相連。第二電解電容負極與第二節點B相連，正極與第四節點D相連；第三電解電容負極與第五節點E相連，正極與第二節點B相連；第四電解電容負極與輸出電源負極N2相連，正極與第五節點E相連。所述的高升壓比直流電路I中雙向開關的門極接受PWM脈沖控制信號，并且使得三個雙向開關的工作時序為在一個開關周期內，初始時，第一雙向開關S1、第二雙向開關S2和第三雙向開關S3同時開通；第一雙向開關S1、第二雙向開關S2和第三雙向開關S3依次關斷，時間依次相差1/3個開關周期，第一雙向開關S1、第二雙向開關S2和第三雙向開關S3依次開通，時間依次相差1/3個開關周期；第二電解電容E2、第三電解電容E3和第四電 解電容E4的電壓相等，第五電解電容E5的電壓是第二電解電容E2、第三電解電容E3和第四電解電容E4的電壓的3倍；每個雙向開關接受PWM脈沖控制信號的占空比相同。如此循環，輸出三倍壓直流電壓。所述的電感LI L3為ImH。所述的電解電容El為鋁電解電容2200yF/50V，電解電容E2飛4為鋁電解電容2200μ F/250V。所述的雙向開關Sf S3由兩個反并聯共門極的功率IGBT組成，功率IGBT為IGBT400V/10A/1000 C，雙向開關Sf S3的驅動脈沖根據開關電路所需的輸出波形進行調節，開關頻率為20kHz。所述的二極管FRDl FRD5為反向快速恢復型400V/50A/100。C。所述的濾波電路2為電容濾波電路，第五電解電容E5正極與輸出電源正極P2相連，負極與輸出電源負極N2相連,第一電阻Rl為穩定電阻與第五電容E5并聯。所述的電解電容E5為鋁電解電容2200μ F/400V。所述的電阻Rl 為 200k Ω，5%, 2. OkW。本實施例中，輸入直流電壓為24V，輸出直流電壓為385V。本實施例通過以下方式進行工作升壓電路I中，在一個開關周期內，初始時，低壓直流輸入電壓分別為第一電感L1、第二電感L2和第三電感L3充電，雙向開關S1、S2和S3的門極接受PWM脈沖控制信號，以占空比O. 67〈D〈1為例，如占空比為O. 8時，第一雙向開關SI關斷，第一電感LI為第二電解電容E2充電；0. 2個開關周期后，第一雙向開關SI開通，第二電解電容E2為第五電解電容E5充電；2/15個周期后，第二雙向開關S2關斷，第二電感L2為第三電容電解E3充電；0. 2個開關周期后，第二雙向開關S2開通，第三電解電容E3為第五電解電容E5充電；2/15個開關周期后，第三雙向開關S3關斷，第三電感L3為第四電解電容E4充電；0. 2個周期后，第三雙向開關S3開通，第四電解電容E4為第五電解電容E5充電；當第一雙向開關SI關斷為第二電解電容E2充電完畢，當第二雙向開關S2關斷為第三電解電容E3充電完畢，當第三雙向開關S3關斷為第四電解電容E4充電完畢后，第二電解電容E2、第三電解電容E3和第四電解電容E4的電壓相等，第五電解電容E5的電壓是第二電解電容E2、第三電解電容E3和第四電解電容E4的電壓的3倍；交替等占空比的脈沖控制信號分別驅動三個雙向開關，由此實現高升壓比直流過程。本實用新型采用三倍壓交錯DC-DC變換電路，將輸入較低直流電壓升高，濾波電路進一步濾波，實現由低直流電壓變換為高直流壓電輸出。該電路結構簡單，設計新穎，巧妙地將低直流電壓轉化為高直流電壓進行處理，控制器設計也并不復雜，已獲得仿真分析和實驗初步驗證。而現有的升壓變換器方案的不足之處包括結構復雜，穩定性差，升壓比低，成本較高的缺點。盡管本實用新型的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本實用新型的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本實用新型的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本實用新型的保護范圍應由所附的權利要求來限定。
權利要求1.一種高升壓比直流電源，包括升壓電路和濾波電路，所述的升壓電路的輸出端與所述的濾波電路的輸入端相連，其特征在于 所述的升壓電路為高升壓比直流電路第一電解電容正極與輸入電源正極相連，負極與輸入電源負極相連；第一電感兩端分別與輸入電源正極和第一節點A相連，第二電感兩端分別與輸入電源正極和第二節點B相連，第三電感兩端分別與輸入電源正極和第三節點C相連；第一雙向開關集電極與第一節點A相連，發射極與輸入電源負極相連；第二雙向開關集電極與第二節點B相連，發射極與輸入電源負極相連；第三雙向開關集電極與第三節點C相連，發射極與輸入電源負極相連；第一二極管的陽極與第一節點A相連，陰極與第四節點D相連；第二二極管陽極與輸出電源負極相連，陰極與第一節點A相連；第三二極管陽極與第四節點D相連，陰極與輸出電源正極相連；第四二極管陽極與第三節點C相連，陰極與輸出電源端正極相連；第五二極管陽極與輸出電源負極相連，陰極與第三節點C相連；第二電解電容負極與第二節點B相連，正極與第四節點D相連；第三電解電容負極與第五節點E相連，正極與第二節點B相連；第四電解電容負極與輸出電源負極相連，正極與第五節點E相連。
2.根據權利要求1所述的一種高升壓比直流電源，其特征在于所述的三個雙向開關的門極接受PWM脈沖控制信號，并且使得三個雙向開關的工作時序為在一個開關周期內，初始時，第一雙向開關、第二雙向開關和第三雙向開關同時開通；第一雙向開關、第二雙向開關和第三雙向開關依次關斷，時間依次相差1/3個開關周期，第一雙向開關、第二雙向開關和第三雙向開關依次開通，時間依次相差1/3個開關周期；第二電解電容、第三電解電容和第四電解電容的電壓相等，第五電解電容的電壓是第二電解電容、第三電解電容和第四電解電容的電壓的3倍；每個雙向開關的門極接受PWM脈沖控制信號的占空比相同；如此循環，輸出三倍壓直流電壓。
3.根據權利要求1或2所述的一種高升壓比直流電源，其特征在于所述的濾波電路為電容濾波電路，第五電解電容正極與輸出電源正極相連，負極與輸出電源負極相連，第一電阻為穩定電阻與第五電容兩端并聯。
4.根據權利要求1或2所述的一種高升壓比直流電源，其特征在于所述的濾波電路的輸出端輸出高直流電壓。
專利摘要本實用新型公開一種電力電子技術領域的高升壓比直流電源，包括升壓電路和濾波電路，所述升壓電路的輸出端與所述濾波電路的輸入端相連，所述升壓電路的輸入端與電源的正極和負極相連；所述濾波電路為電容濾波電路，濾波電路的兩端分別連接升壓電路的兩個輸出端，并作為高升壓比直流電源的輸出端。本實用新型輸出電壓等級高，輸出直流電壓穩定，電路結構簡單，開關應力小，電源利用率高，成本低廉，適合低直流電壓輸入-高直流電壓輸出的應用場合，如光伏發電、電動汽車和通信電源等。
文檔編號H02M3/10GK202840948SQ201220352958
公開日2013年3月27日 申請日期2012年7月20日 優先權日2012年7月20日
發明者陸飛, 王男, 楊喜軍, 唐厚君 申請人:上海交通大學