錯(cuò)相控制的反極性高增益升壓Boost變換電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及電力電子電路技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種適用于寬輸入電源系統(tǒng)中的低成本、高增益、高效率的錯(cuò)相控制的反極性高增益升壓Boost變換電路。
【背景技術(shù)】
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[0002]為了提高Boost變換器的效率和降低成本，在不需要強(qiáng)制電氣隔離的條件下，非隔離的Boost變換器由于省去了笨重的高頻變壓器，減少了電能變換的次數(shù)，具有體積小、效率高、成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)。但是傳統(tǒng)Boost變換電路中等效串聯(lián)電阻限制了變換器電壓增益的提高，電壓增益的最大值約為3?5倍。當(dāng)占空比D過大時(shí)，電感電流紋波增大，需要用更大的電感抑制電流紋波，這又意味著電感內(nèi)阻的進(jìn)一步增大，減小電感的等效串聯(lián)電阻又意味著設(shè)計(jì)更大體積、更高成本的電感。傳統(tǒng)Boost變換電路拓?fù)涫芗纳鷧?shù)影響，已遭遇電壓增益調(diào)節(jié)的極限。
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種不但可以提供給負(fù)載負(fù)極性的輸出電流/電壓，實(shí)現(xiàn)O?10倍的電壓升降比，而且輸出電壓穩(wěn)定，諧波輸出小，在提高電壓增益的同時(shí)，還可避免開關(guān)器件工作于極限占空比，解決了傳統(tǒng)Boost電路拓?fù)涫芗纳鷧?shù)影響而遭遇電壓增益調(diào)節(jié)極限問題的錯(cuò)相控制的反極性高增益升壓Boost變換電路。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，提供一種具有以下結(jié)構(gòu)的錯(cuò)相控制的反極性高增益升壓Boost變換電路，該升壓Boost變換電路包括相互連接的升壓模塊、極性變換模塊以及濾波輸出模塊。
[0005]本發(fā)明所述的錯(cuò)相控制的反極性高增益升壓Boost變換電路，其中，升壓模塊包括第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第一電感、第二電感、第一二極管、第一電容以及第三二極管，極性變換模塊包括第一電容、第二二極管、第二開關(guān)管與第四二極管，濾波輸出模塊包括第二電容、第三電容、第二二極管、第四二極管、第三電感和負(fù)載，第一電感的同名端與直流電源的正極連接，第一電感的異名端和第二電感的同名端同時(shí)與第一開關(guān)管的集電極連接，第二電感的異名端與第一二極管的陽極相連接，第一二極管的陰極和第一電容的正極同時(shí)與第二開關(guān)管的集電極連接，第一電容的負(fù)極、第三二極管的陽極及第二電容的負(fù)極同時(shí)與第二二極管的陰極連接，第二二極管的陽極和第三電容的負(fù)極與第三電感的一端連接，第三電感的另一端和輸出負(fù)載的一端連接，第二電容的正極、第四二極管的陰極與輸出負(fù)載的另一端連接，第一開關(guān)管的發(fā)射極、第二開關(guān)管的發(fā)射極、第三二極管的陰極、第四二極管的陽極以及第三電容的正極同時(shí)與電源的負(fù)極連接。
[0006]采用以上結(jié)構(gòu)后，與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的有益效果在于:
[0007](I)可以提供給負(fù)載負(fù)極性的輸出電流/電壓；
[0008](2)可以實(shí)現(xiàn)O?10倍的電壓升降比，且輸出電壓穩(wěn)定，諧波輸出??；
[0009](3)提高電壓增益的同時(shí)，避免了開關(guān)器件工作于極限占空比，解決了傳統(tǒng)Boost電路拓?fù)涫芗纳鷧?shù)影響，遭遇電壓增益調(diào)節(jié)極限的問題。
[0010]本發(fā)明所述的錯(cuò)相控制的反極性高增益升壓Boost變換電路，其中，第一開關(guān)管和第二開關(guān)管均采用PWM控制，第一開關(guān)管的PWM脈沖與所述第二開關(guān)管的PWM脈沖錯(cuò)相180°，第一開關(guān)管的控制占空比D與第二開關(guān)管的控制占空比D相等。與傳統(tǒng)Boost電路模塊不同的是，本發(fā)明采用雙開關(guān)管的錯(cuò)相疊加控制，進(jìn)行第一電感L1和第三電感L2的兩段升壓，既減小了開關(guān)管的電壓應(yīng)力，又可以得到較高增益的反極性電壓輸出。
【附圖說明】
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[0011]圖1是錯(cuò)相控制的反極性高增益升壓Boost變換電路的原理方框圖；
[0012]圖2是錯(cuò)相控制的反極性高增益升壓Boost變換電路結(jié)構(gòu)圖；
[0013]圖3是圖2中的電路在占空比D小于0.5的情況下，第一開關(guān)管導(dǎo)通，第二開關(guān)管關(guān)斷時(shí)的工作不意圖；
[0014]圖4是圖2中的電路在占空比D小于0.5的情況下，第一開關(guān)管關(guān)斷，第二開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)的工作示意圖；
[0015]圖5是圖2中的電路在占空比D小于0.5的情況下，第一開關(guān)管和第二開關(guān)管都關(guān)斷時(shí)的工作不意圖；
[0016]圖6是圖2中的電路在占空比D大于0.5的情況下，第一開關(guān)管和第二開關(guān)管都導(dǎo)通時(shí)的工作示意圖；
[0017]圖7是第一開關(guān)管和第二開關(guān)管的PWM控制信號波形圖；
[0018]圖8是與第一開關(guān)管和第二開關(guān)管的PWM控制信號對應(yīng)的電路輸出電壓波形圖。
【具體實(shí)施方式】
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[0019]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明錯(cuò)相控制的反極性高增益升壓Boost變換電路作進(jìn)一步說明:
[0020]如圖1所示，本發(fā)明錯(cuò)相控制的反極性高增益升壓Boost變換電路包括相互連接的升壓模塊1、極性變換模塊2以及濾波輸出模塊3。如圖2所示，升壓模塊I包括第一開關(guān)管Q1、第二開關(guān)管Q2、第一電感L1、第二電感L2、第一二極管D1、第一電容C1W及第三二極管D3O極性變換模塊2包括第一電容C1、第二二極管D2、第二開關(guān)管Q2與第四二極管D 4。濾波輸出模塊3包括第二電容C2、第三電容C3、第二二極管D2、第四二極管D4、第三電感L3和負(fù)載R。第一電感L1的同名端與直流電源E d的正極連接，第一電感L i的異名端和第二電感L 2的同名端同時(shí)與第一開關(guān)管Q1的集電極連接，第二電感L2的異名端與第一二極管D i的陽極相連接，第一二極管D1的陰極和第一電容C1的正極同時(shí)與第二開關(guān)管02的集電極連接，第一電容C1的負(fù)極、第三二極管D 3的陽極及第二電容C 2的負(fù)極同時(shí)與第二二極管D 2的陰極連接，第二二極管D2的陽極和第三電容C 3的負(fù)極與第三電感L 3的一端連接，第三電感L 3的另一端和輸出負(fù)載R的一端連接，第二電容C2的正極、第四二極管D4的陰極與輸出負(fù)載R的另一端連接，第一開關(guān)管(^的發(fā)射極、第二開關(guān)管Q 2的發(fā)射極、第三二極管D 3的陰極、第四二極管D4的陽極以及第三電容C3的正極同時(shí)與電源Ed的負(fù)極連接。如圖7所示，第一開關(guān)管Q1和第二開關(guān)管Q2均采用PWM控制，第一開關(guān)管Q PWM脈沖與所述第二開關(guān)管Q^PWM脈沖錯(cuò)相180°，第一開關(guān)管Q1的控制占空比D與第二開關(guān)管Q2的控制占空比D相等。圖8為本發(fā)明錯(cuò)相控制的反極性高增益升壓Boost變換電路輸出電壓的波形圖，其中t為PWM控制脈沖周期，Ui為輸入直流電壓，U。為本發(fā)明所述電路的輸出電壓。
[0021]圖3?圖6是圖2所示的本發(fā)明錯(cuò)相控制的反極性高增益升壓Boost變換電路在占空比D小于0.5和大于0.5兩種情況下的工作過程圖。
[0022]其中，圖3是占空比D小于0.5的情況下，第一開關(guān)管Q1導(dǎo)通，第二開關(guān)管Q 2關(guān)斷時(shí)的工作示意圖，此時(shí)第一二極管D1和第三二極管D 3導(dǎo)通，第一電感L ^及收電能，第二電感1^2釋放電能，第一電容C 作在充電狀態(tài)，第三電感L 3釋放能量經(jīng)過第二二極管D 2和第三二極管D3續(xù)流。
[0023]圖4是占空比D小于0.5的情況下，第一開關(guān)管Q1關(guān)斷，第二開關(guān)管Q 2導(dǎo)通時(shí)的工作示意圖。此時(shí)第三二極管D3關(guān)斷，第一電感L i釋放電能，第二電感L 2吸收電能，第一電容(^通過第二開關(guān)管Q2I作在放電狀態(tài)，第三電感L3K收電能，第一電容C i的放電電流流過負(fù)載電阻R得到反向高增益輸出電壓。
[0024]圖5是占空比D小于0.5的情況下，第一開關(guān)管Q1和第二開關(guān)管Q2都關(guān)斷時(shí)的工作示意圖。此時(shí)第三二極管D3導(dǎo)通，第一電感L i和第二電感L 2釋放電能第一電容C i充電，第三電感L3釋放能量經(jīng)過第二二極管D 2和第三二極管D 3續(xù)流。
[0025]圖6是占空比D大于0.5的情況下，第一開關(guān)管Q1和第二開關(guān)管Q 2都導(dǎo)通情況下時(shí)的工作示意圖。此時(shí)第三二極管D3截止，第一電感L ^及收電能，第一電容C i放電電流流過負(fù)載電阻R，第二電感L2此時(shí)不參與電量交換，第三電感L3吸收電能。
[0026]此外，在占空比D大于0.5的情況下，第一開關(guān)管Q1導(dǎo)通，第二開關(guān)管Q 2關(guān)斷時(shí)的工作狀態(tài)和圖3所示工作相同；占空比D大于0.5的情況下，第一開關(guān)管Q1關(guān)斷，第二開關(guān)管02導(dǎo)通時(shí)的工作狀態(tài)和圖4所示工作相同。
[0027]以上所述的實(shí)施方式僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種錯(cuò)相控制的反極性高增益升壓Boost變換電路，其特在在于:該升壓Boost變換電路包括相互連接的升壓模塊(I)、極性變換模塊(2)以及濾波輸出模塊(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錯(cuò)相控制的反極性高增益升壓Boost變換電路，其特征在于:所述升壓模塊⑴包括第一開關(guān)管(Q1)、第二開關(guān)管(Q2)、第一電感(L1)、第二電感(L2)、第一二極管(D1)、第一電容(C1)以及第三二極管(D3)，所述極性變換模塊⑵包括第一電容(C1)、第二二極管(D2)、第二開關(guān)管(Q2)及第四二極管(D4)，所述濾波輸出模塊(3)包括第二電容(C2)、第三電容(C3)、第二二極管(D2)、第四二極管(D4)、第三電感(L3)和負(fù)載(R)，所述第一電感(L1)的同名端與直流電源(Ed)的正極連接，所述第一電感(L1)的異名端和第二電感(L2)的同名端同時(shí)與第一開關(guān)管(Q1)的集電極連接，所述第二電感(L2)的異名端與第一二極管(D1)的陽極相連接，所述第一二極管(D1)的陰極和第一電容(C1)的正極同時(shí)與第二開關(guān)管(Q2)的集電極連接，所述第一電容(C1)的負(fù)極、第三二極管(D3)的陽極及第二電容(C2)的負(fù)極同時(shí)與第二二極管(D2)的陰極連接，所述第二二極管(D2)的陽極和第三電容(C3)的負(fù)極與第三電感(L3)的一端連接，所述第三電感(L3)的另一端和輸出負(fù)載(R)的一端連接，所述第二電容(C2)的正極、第四二極管(D4)的陰極與輸出負(fù)載(R)的另一端連接，所述第一開關(guān)管(Q1)的發(fā)射極、第二開關(guān)管(Q2)的發(fā)射極、第三二極管(D3)的陰極、第四二極管(D4)的陽極以及第三電容(C3)的正極同時(shí)與電源(Ed)的負(fù)極連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的錯(cuò)相控制的反極性高增益升壓Boost變換電路，其特征在于:所述第一開關(guān)管(Q1)和第二開關(guān)管(Q2)均采用PWM控制，所述第一開關(guān)管(Q1)的PWM脈沖與所述第二開關(guān)管(Q2)的PWM脈沖錯(cuò)相180°，所述第一開關(guān)管(Q1)的控制占空比D與第二開關(guān)管(Q2)的控制占空比D相等。
【專利摘要】一種錯(cuò)相控制的反極性高增益升壓Boost變換電路，包括相互連接的升壓模塊、極性變換模塊及濾波輸出模塊，升壓模塊包括第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第一電感、第二電感、第一二極管、第一電容及第三二極管，極性變換模塊包括第一電容、第二二極管、第二開關(guān)管及第四二極管，濾波輸出模塊包括第二電容、第三電容、第二二極管、第四二極管、第三電感和負(fù)載。本發(fā)明錯(cuò)相控制的反極性高增益升壓Boost變換電路的優(yōu)點(diǎn)是：不但可以提供給負(fù)載負(fù)極性的輸出電流/電壓，實(shí)現(xiàn)0～10倍的電壓升降比，而且輸出電壓穩(wěn)定，諧波輸出小，在提高電壓增益的同時(shí)，還可避免開關(guān)器件工作于極限占空比，解決了傳統(tǒng)Boost電路拓?fù)涫芗纳鷧?shù)影響而遭遇電壓增益調(diào)節(jié)極限的問題。
【IPC分類】H02M3-07
【公開號】CN104868719
【申請?zhí)枴緾N201510280035
【發(fā)明人】祝龍記, 姜媛媛, 于水娟
【申請人】安徽理工大學(xué)
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年5月27日