一种输入电流连续的高增益升压变换器制造技术

一种输入电流连续的高增益升压变换器，包括输入升压模块、电压变换模块、整流滤波输出模块；具体包括第一开关管S1、第二开关管S2、第一电感L1、第二电感L2或变压器T、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电容C1、第二电容C2；包括非隔离拓扑结构或隔离拓扑结构。本发明专利技术可以实现输出电压的非隔离升压，也可以实现输出电压的隔离升压，适用于升压模式下需输出高电压的场合。

【技术实现步骤摘要】
一种输入电流连续的平方高增益升压变换器
本专利技术涉及一种输入电流连续的平方高增益升压变换器，特别是一种适用于输出正电压且需要升压变换的场合，尤其升压模式下需输出较高电压的场合，可进行非隔离变换，也可进行隔离变换，属于开关功率变换器

技术介绍
星载电源作为卫星有效载荷有源单机必不可少的一部分，广泛应用于包含天通系列卫星、风云系列卫星、海洋系列卫星等不同平台的卫星系统。卫星有效载荷整机一般由功能载荷、星载电源(EPC)两部分组成，其中功能载荷包括固态功率放大器、行波管功率放大器、接收机、变频器、数字处理类设备等。星载电源其功能是接受星上遥控指令信号，实现开关机控制，将一次母线电压转换为功能载荷有源部件需要的二次电压并将二次电压按要求时序进行输出，是星上与一次母线接口相连接的主要供配电设备。星载电源提供功能载荷工作状态的遥测数据，并保证在负载及母线发生异常状况时及时断电，保护负载设备和一次母线。星载电源性能的优劣直接决定了整机性能的优劣，它的效率决定了整机效率的高低，它的大小决定了整机的大小和重量。对于星载电源而言，拓扑选择至关重要。不同的拓扑涉及不同的控制方式、器件选型、磁性元器件设计等关键内容。当后级负载为固态功率放大器或行波管功率放大器时，随着功率的不断提升，其所需要的电压等级也在不断提升。比如，以往砷化镓固态功率放大器所需要的电压为+5V，+8V或+10V，而现在新一代氮化镓固态功率放大器所需要的电压为+28V或+45V。对于激光终端类产品，其输出电压可达130V。对于行波管功率放大器而言，其所需要电压由小功率的几百伏提高到上千伏，甚至上万伏。现有星载电源已有拓扑包括非隔离式的降压变换器、升压变换器以及隔离式的半桥变换器、全桥变换器、推挽变换器、正激变换器、反激变换器等，以及上述各拓扑的级联组合。后级负载为功率放大器时，现在主要存在以下问题：1.当采用非隔离式拓扑级联隔离拓扑两级级联时，当低母线范围时(如现有平台最低母线为13V)，随着后级负载所需电压的提升，受到前级非隔离式变换器增益的限制，功率隔离变压器匝比非常大，随之而来的问题就是铜损增大，并且由于匝比很大，功率隔离变压器的极间电容、极间电感也增大，会引起不可预知的共态导通及电压电流尖峰等电磁干扰问题；2.当采用单级隔离式拓扑时，当匝比为1的情况下，输出电压一般正比于占空比，也即输出电压不可能高于输入电压，同样在低母线范围、负载电压要求高的情况下，功率隔离变压器匝比悬殊。所以，探索新的拓扑解决上述问题，对于星载电源性能的提升具有重要意义。进一步的，随着世界传统能源的枯竭和对环境的污染，新能源和清洁能源发挥了越来越重要的作用。学者Pan等在文献1."Anoveltransformer-lessadaptablevoltagequadruplerdcconverterwithlowswitchvoltagestress,"(IEEETrans.PowerElectron.,vol.29,no.9,pp.4787-4796,Sep.2014.)提到，在民用产业中的新能源领域比如燃料电池单元、光伏发电单元等，其本质属性就是基本单元输出电压非常低。学者Saadat等在文献2."Asingle-switchhighstep-updc-dcconverterbasedonquadraticboost,"(IEEETrans.Ind.Electron,vol.63,no.12,pp.7733-7742,Dec.2016.)中以一个光伏能源系统为例说明，一个高增益的DC-DC变换器优于多个PV模块串联，因为后者存在阴影效应并且降低了可靠性。在这些新能源系统中，为了和后级负载所需电压进行匹配，上文已经提到，在前一级加一个高增益的DC-DC变换器是比较好的办法，由于前级输入电压约几伏，后级负载所需电压从几十伏到几百伏不等，对这一高增益变换器的增益提出了非常高的要求。另外，学者Tang在文献3."Aswitched-capacitor-basedactivenetworkconverterwithhighvoltagegain,"(IEEETransactionsOnPowerElectronics,VOL.29,NO.6,pp.2959-2968,Jun.2014.)，学者Tseng等在文献4."Highstep-upinterleavedboostconverterfordistributedgenerationusingrenewableandalternativepowersources,"(IEEETrans.Emerg.Sel.TopicsPowerElectron.,vol.5,no.2,pp.713-722,Jun.2017.)，学者Leyva-Ramos等在文献5."Controlstrategyofaquadraticboostconverterwithvoltagemultipliercellforhigh-voltagegain,"(IEEETrans.Emerg.Sel.TopicsPowerElectron.,vol.5,no.4,pp.1761-1770,Dec.2017.)中提到高增益变换器在不间断电源系统，X射线系统，高密度放电管、LED/LCD等应用中必不可少。同时，很多高增益电路输入电流断续，相同开关频率下必须要加很大体积的输入滤波器来滤除纹波。所以，探索更高增益的输入电流连续的新拓扑电路对于新能源的发展具有重要的意义。为了实现更高增益的输出，过去的若干年内，很多学者为此进行了不懈的努力。最早出现的就是boost电路，其增益为1/(1-D)，该增益不够高。后来学者Rodrigo等在文献6.”Familyofquadraticstep-updc-dcconvertersbasedonnon-cascadingstructures，”(IETPowerElectron.Vol.8,Iss.5,pp.793-801,2015.)中提到了两类升压电路，但其缺点在于两只管子同相控制或互补控制时增益有限制，且无法进行隔离。学者Pan等在文献7.“Anoveltransformer-lessadaptablevoltagequadruolerDCconverterwithlowswitchvoltagestress,”(IEEETrans.PowerElectron.,vol.29,no.9,pp.4787-4796,Sep.2014.)中提出了一种高增益Boost电路，其增益为4/(1-D),但是其输出浮地，并且所需要的半导体器件和无源元件个数分别多达6个。所以，探索新的电路结构简单、高增益的拓扑具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种输入电流连续的平方高增益升压变换器，可以实现输出电压的非隔离升压，也可以实现输出电压的隔离升压。适用于正输出电压需要高增益升压变换的场合。另外，本专利技术变换器包含两个有源器件需要控制，控制简单、电路运行原理清晰，具有所有器件无瞬态的过电压应力和过电流应力的优点。本专利技术的技术方案是：一种输入电流连续的平方高增益升压变换器，包括：输入升压模块、电压变换模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种输入电流连续的平方高增益升压变换器，其特征在于，包括：输入升压模块、电压变换模块、整流滤波输出模块；输入升压模块连接外部输入电源，将外部输入电源的电压升高后传输给电压变换模块；输入升压模块包括第一开关管S1；电压变换模块接收输入升压模块传输的升高后的电压，包括非隔离模块或隔离模块；当输入电压和输出电压要求有共地端时，使用非隔离模块将输入升压模块和整流滤波输出模块的电压进行非隔离处理，并将电压传输给整流滤波输出模块；当输入电压和输出电压不要求有共地端时，使用隔离模块将输入升压模块和整流滤波输出模块的电压进行隔离处理，并将电压传输给整流滤波输出模块；电压变换模块包括第二开关管S2；整流滤波输出模块接收电压变换模块传输的电压，进行整流滤波处理后输出给外部负载。

【技术特征摘要】
1.一种输入电流连续的平方高增益升压变换器，其特征在于，包括：输入升压模块、电压变换模块、整流滤波输出模块；输入升压模块连接外部输入电源，将外部输入电源的电压升高后传输给电压变换模块；输入升压模块包括第一开关管S1；电压变换模块接收输入升压模块传输的升高后的电压，包括非隔离模块或隔离模块；当输入电压和输出电压要求有共地端时，使用非隔离模块将输入升压模块和整流滤波输出模块的电压进行非隔离处理，并将电压传输给整流滤波输出模块；当输入电压和输出电压不要求有共地端时，使用隔离模块将输入升压模块和整流滤波输出模块的电压进行隔离处理，并将电压传输给整流滤波输出模块；电压变换模块包括第二开关管S2；整流滤波输出模块接收电压变换模块传输的电压，进行整流滤波处理后输出给外部负载。2.根据权利要求1所述变换器，其特征在于：所述整流滤波输出模块的输出电压值通过改变第一开关管S1和第二开关管S2占空比调节。3.根据权利要求2所述变换器，其特征在于，所述非隔离模块包括：第二电感L2、第二开关管S2；第二电感L2的一端和第二开关管S2的一端分别连接输入升压模块，第二电感L2的另一端和第二开关管S2的另一端连接，连接端连接整流滤波输出模块。4.根据权利要求3所述变换器，其特征在于，所述输入升压模块还包括：第一二极管D1、第一电感L1、第一电容C1；第一二极管D1的正极和第一开关管S1的一端相连后连接外部电源的正极，第一开关管S1的另一端连接第一电容C1的一端，第一二极管D1的负极连接第一电容C1的另一端，第一电感L1的一端连接外部电源的负极和外部整流滤波输出模块，第一电感L1的另一端连接第一电容C1的一端，第一电容C1的一端连接非隔离模块的第二开关管S2的一端，第一电容C1的另一端连接非隔离模块的第二电感L2的一端。5.根据权利要求4所述变换器，其特征在于，所述整流滤波输出模块包括：第二二极管D2、第二电容C2；第二二极管D2的正极连接非隔离模块第二电感L2的另一端和第二开关管S2的另一端，第二二极管D2的负极第二电容C2的一端，第二电容C2的另一端连接输入升压模块第一电感L1的一端，第二电容C2的两端并联外部的负载电阻。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晶，马奎安，阳晓彬，刘少鹏，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61