一种高增益变换器的制作方法

1.本实用新型涉及电力电子变换的技术领域，更具体地，涉及一种高增益变换器。


背景技术：

2.为实现boost变换器增益拓展，可以使用并联电感支路技术。常规基于单级开关电容结构实现boost增益拓展的升压变换器，电路结构简单，实现简洁，但是也存在着电压增益小的缺点；基于两级开关电容的boost变换器进一步提升了增益，但该变换器仍存在两个不足之处：其一开关管电流尖锋冲击大，很大的提升了器件的电流应力和损耗；其二，该变换器升压能力仍然有限，在很高升压场合下仍然不能满足升压要求。对于上述第一点不足，目前采用了并联一条相同电感值回路来分担大电流以解决带来的大冲击电流问题，对于第二点不足通过串联电感分压进一步提升变换器的增益，但是会增加系统的复杂度。
3.2012年2月29日公开的中国专利cn102364852a中提供一种基于耦合电感倍压单元的单开关管高增益变换器，耦合电感原边绕组的第一端与输入电源的正极及倍压电容的第一端相连，耦合电感的副边绕组的第一端与倍压电容的第二端相连，耦合电感原边绕组的第二端与开关管的漏极及第一个续流二极管的阳极及开关电容的第一端相连；耦合电感的副边绕组的第二端与第一个续流二极管的阴极及第二个续流二极管的阳极相连；输出二极管的阳极与第二个续流二极管的阴极及与开关电容的第二端相连，输出二极管的阴极分别与输出电容的第一端、输出负载的第一端相连；耦合电感原边绕组的第一端与耦合电感副边绕组的第二端为同名端。该方法虽然电压增益高，但电路结构的复杂度也高，不利于推广使用。


技术实现要素：

4.本实用新型为克服boost变换器的电路结构复杂、电压增益小的缺陷，提供一种高增益变换器，兼具电路结构简单和电压增益高的优点。
5.为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：
6.本实用新型提供一种高增益变换器，所述变换器包括增益电路、升压电路和输出电路；
7.所述增益电路的输入端与外部输入电源连接，增益电路的输出端与升压电路的输入端连接，升压电路的输出端与输出电路的输入端连接，输出电路的输出端输出变换电压。
8.优选地，增益电路包括第一电感l1、第一开关管q1、第二电感l2、第二开关管q2、第一电容c1和二极管d1；
9.所述第一电感l1的一端与外部输入电源vin的正极连接，第一电感l1的另一端与第一开关管q1的漏极连接，第一开关管q1的源极与外部输入电源vin 的负极连接；
10.所述第二开关管q2的漏极与外部输入电源vin的正极连接，第二开关管 q2的源极与第二电感l2的一端连接，第二电感l2的另一端与第一开关管q1 的源极连接；
11.所述第一电容c1的一端与第一电感l1的另一端连接，第一电容c1的另一端与二极
管d1的阳极连接，二极管d1的阴极与第二开关管q2的源极连接；
12.所述二极管d1的两极还与升压电路的输入端连接。
13.优选地，所述升压电路包括第三电感l3和第二电容c0；
14.所述第三电感l3的一端与二极管d1的阳极连接，第三电感l3的另一端与第二电容c0的一端连接，第二电容c0的另一端与二极管d1的阴极连接；
15.所述第二电容c0的两端还与输出电路的输入端连接。
16.优选地，所述输出电路设有电阻r0；
17.所述电阻r0的一端与第二电容c0的一端连接，电阻r0的另一端与第二电容c0的另一端；
18.所述电阻r0的两端为变化电压的输出端。
19.优选地，所述第一开关管q1和第二开关管q2为mosfet或ganfet。
20.优选地，所述第一电感l1和第二电感l2的电感值相等。
21.优选地，所述第一开关管q1和第二开关管q2导通时，二极管d1关断；第一开关管q1和第二开关管q2关断时，二极管d1导通。
22.优选地，所述第一开关管q1和第二开关管q2采用相同的pwm控制信号控制。
23.优选地，所述第一开关管q1和第二开关管q2的控制信号的占空比为0～1。
24.优选地，所述第一开关管q1和第二开关管q2的占空比相等。
25.与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果是：
26.本实用新型所提出的高增益变换器，包括增益电路、升压电路和输出电路，增益电路、升压电路和输出电路依次相连，电路结构简单，通过调节增益电路和升压电路，调节变换器的升压比，有效提高电压增益，兼具电路结构简单和电压增益高的优点。
附图说明
27.图1为实施例1所述的一种高增益变换器的电路图；
28.图2为实施例1所述的高增益变换器的在工作模态1时的等效电路图；
29.图3为实施例1所述的高增益变换器的在工作模态2时的等效电路图。
具体实施方式
30.附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
31.为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
32.对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
33.下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明。
34.实施例1
35.本实施例提供一种高增益变换器，如图1所示，所述变换器包括增益电路1、升压电路2和输出电路3；
36.所述增益电路1的输入端与外部输入电源连接，增益电路1的输出端与升压电路2的输入端连接，升压电路2的输出端与输出电路3的输入端连接，输出电路3的输出端输出变
换电压。
37.增益电路1包括第一电感l1、第一开关管q1、第二电感l2、第二开关管 q2、第一电容c1和二极管d1；
38.所述第一电感l1的一端与外部输入电源vin的正极连接，第一电感l1的另一端与第一开关管q1的漏极连接，第一开关管q1的源极与外部输入电源vin 的负极连接；
39.所述第二开关管q2的漏极与外部输入电源vin的正极连接，第二开关管 q2的源极与第二电感l2的一端连接，第二电感l2的另一端与第一开关管q1 的源极连接；
40.所述第一电容c1的一端与第一电感l1的另一端连接，第一电容c1的另一端与二极管d1的阳极连接，二极管d1的阴极与第二开关管q2的源极连接；
41.所述二极管d1的两极还与升压电路2的输入端连接。
42.所述升压电路2包括第三电感l3和第二电容c0；
43.所述第三电感l3的一端与二极管d1的阳极连接，第三电感l3的另一端与第二电容c0的一端连接，第二电容c0的另一端与二极管d1的阴极连接；
44.所述第二电容c0的两端还与输出电路3的输入端连接。
45.所述输出电路3设有电阻r0；
46.所述电阻r0的一端与第二电容c0的一端连接，电阻r0的另一端与第二电容c0的另一端；
47.所述电阻r0的两端为变换电压的输出端。
48.所述第一开关管q1和第二开关管q2为mosfet或ganfet。
49.所述第一电感l1和第二电感l2的电感值相等。
50.所述第一开关管q1和第二开关管q2导通时，二极管d1关断；第一开关管q1和第二开关管q2关断时，二极管d1导通。
51.所述第一开关管q1和第二开关管q2采用相同的pwm控制信号控制。
52.所述第一开关管q1和第二开关管q2的控制信号的占空比为0～1。
53.所述第一开关管q1和第二开关管q2的占空比相等。
54.在具体实施过程中，高增益变换器在一个开关周期内有2个工作模态，即第一开关管q1和第二开关管q2导通、第一开关管q1和第二开关管q2关断两种相互切换的工作模态。
55.工作模态1，如图2所示，第一开关管q1和第二开关管q2导通，二极管 d1关断，第一开关管q1和第二开关管q2等效为导线；外部输入电源vin给第一电感l1和第二电感l2充电，第一电感l1和第二电感l2上的电感电压vl1、 vl2均大于0，电感电流il1、il2也均大于0并线性上升；在此工作模态下，输入电源vin释放电能给第一电感l1和第二电感l2充电，输入电源vin和第一电容c1释放电能给第三电感l3及电阻r0充电；此工作模态下，电气参数关系为：
56.vl1＝vl2＝vin
57.vin v0 vl3 vc1＝0
58.其中vin为外部输入电源输入的电压值，vl1为第一电感l1的电感电压，vl2 为第二电感l2的电感电压，v0为电阻r0的电压，vl3为第三电感l3的电感电压，vc1为第一电容c1的电压。
59.工作模态2，如图3所示，第一开关管q1和第二开关管q2关断，二极管 d1导通；外部
输入电源vin释放电能给第一电容c1充电，同时，第一电感l1 和第二电感l2也给第一电容c1充电；此时，第一电感l1和第二电感l2上的电感电压vl1、vl2均小于0，电感电流il1、il2开始线性下降，第三电感l3 释放电能给电阻r0充电；此工作模态下，电气参数关系为：
[0060]-vin vl1 vc1 vl2＝0
[0061]
vl3 v0＝0
[0062]
第一电感l1和第二电感l2的电感值相等，则vl1＝vl2，可得：
[0063]
vl1＝(vin-vc1)/2
[0064]
对第一电感l1使用伏秒平衡定律，得：
[0065]
vin*dts (vin-vc1)/2*(1-dts)＝0
[0066]
其中，d为第一电感l1的占空比，ts为工作的开关周期；化简得：
[0067]
vc1/vin＝(1 d)/(1-d)
[0068]
对第三电感l3使用伏秒平衡定律，得：
[0069]
(2/(1-d)*vin
–
v0)*dts (-v0)*(1-dts)＝0
[0070]
结合电感l1的伏秒平衡定律，可得电压增益m为：
[0071]
m＝v0/vin＝-2d/(1-d)
[0072]
本实施例的电压增益为2d/(1-d)，变换电压的方向与普通变换器的变化电压方向相反；本实施例只增加了一个开关管和一个电感，结构简单并且提高了电压增益；另外，通过并联第二电感支路限制了第一电容造成的大电流尖锋，通过改变第一电感和第二电感的电感值调节升压比；本实施例只增加了一个开关管和一个电感，无需增加其他器件，结构简单，利于推广应用；并且具有抑制开关管关断电压尖锋、回收漏感能量和提高电压增益的效果。
[0073]
显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。