一种用于宽母线范围的平方高增益升压/升降压变换器制造技术

一种用于宽母线范围的平方高增益升压/升降压变换器，包括：第一开关管S1、第二开关管S2、第一电感L1、第二电感L2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电容C1、第二电容C2。本发明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，可以实现输出电压的非隔离升压，也可以实现输出电压的非隔离升降压。适用于负输出电压需要高增益升压变换，或者高增益升降压变换的场合。

【技术实现步骤摘要】
一种用于宽母线范围的平方高增益升压/升降压变换器
本专利技术涉及一种用于宽母线范围的平方高增益升压/升降压变换器，属于高增益变换器

技术介绍
卫星有效载荷有源单机一般由射频有源单机，如接收机、变频器、固态功率放大器或数字处理类设备等，和二次电源(EPC)两部分组成，二者中间可能配备低频控制板或供电转接板。星载电源作为卫星有效载荷有源单机必不可少的一部分，广泛应用于包含遥感系列卫星、测绘系列卫星、导航系列卫星等不同平台的卫星系统。星载电源其功能是通过响应星上遥控指令信号，实现开关机控制，将一次电压转换为后级负载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，同时提供后级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。现在卫星平台多样，根据不同功能、不同功率等级，从一百伏母线的东四平台到低至十三伏母线输入的小卫星平台，对于星载二次电源而言，不同的母线平台和不同的功率等级下，需要选择不同的拓扑来满足不同的使用要求。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。对于现有星载二次电源而言，已用到的拓扑包括降压式、升压式、半桥式、全桥式、推挽式、正激、反激等，以及上述各拓扑的级联组合。随着卫星平台种类的多样化，导致了由于输入母线范围不一样，不同平台下同一有源载荷对应的电源的种类和数目繁多，不利于产品技术状态控制，不利于产品质量管控，也不利于产品的批量化生产。对于大功率产品，往往用两级拓扑，两级拓扑即可以满足一定要求的母线调整率和负载调整率，又能在母线大幅度变化时保证效率的相对稳定。但是现有母线平台从13V变化到120V，后级负载的电压从数字处理设备所需要的几伏到激光终端设备所需要的上百伏，变化多样，导致了与之对应的两级拓扑有Buck+半桥、Buck+推挽、Buck+全桥、Boost+半桥、Boost+推挽、Boost+全桥等等，不利于产品的技术状态控制和管理。如果能探索出一种新的拓扑电路，在低母线时工作于升压模式，对输入电压起到提升作用，而高母线时工作于降压或升降压模式，并且通过设计保证不同母线下第一级拓扑之后的电压一致，这样第二级拓扑也可统一。虽然现有升降压电路可以满足这一要求，但由于母线范围变化量高达10余倍，所以传统的升降压电路在不同母线范围内占空比可能趋于0或1，而这在PWM控制芯片的应用中是无法实现的。所以，探索工作模式灵活的新拓扑对于星载二次电源性能的提升具有重要意义。进一步的，随着新能源和清洁能源占据了越来越大的比例，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，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。上文已经提到，在这些新能源系统中，为了和后级负载所需电压进行匹配，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。在过去的若干年内，很多学者致力于研究灵活可用的高增益电路。最早的时候学者Maksimovic和Cuk在文献3.“SwitchingconverterswithwideDCconversionrange,”(IEEETrans.PowerElectron.,vol.6,no.1,pp.151-157,Jan1991.)提出了一系列的平方增益拓扑电路，但实际上，受到二级管的单向导通限制，它们只能工作于升压或降压模式。学者Zhang和他的同事在文献4.“Asingle-switchquadraticbuck-boostconverterwithcontinuousinputportcurrentandcontinuousoutputportcurrent,”(IEEETrans.PowerElectron.,vol.33,no.5,pp.4157-4166,May.2018.)中提出了一种增益为D2/(1-D)2的电路，它由三级基本电路级联而成，半导体器件和无源元件个数分别多达6个。学者Miao和Wang等在文献5.“AnewTransformerlessbuckboostconverterwithpositiveoutputvoltage,”(IEEETrans.Ind.Electron.,vol.63,no.5,pp.2965-2975,Dec.2016)中提出了一种增益为D2/(1-D)2的电路，在高增益电路中元件个数相对较少，但其输入电流纹波从零到峰值变化，所需滤波器体积大。学者Axelrod等在文献6“Switched-capacitor/switched-inductorstructuresforgettingtransformerlesshybridDC/DCPWMconverters,”(IEEETrans.CircuitsSyst.I:RegularPapers,vol.55,no.2,pp.687-696,Mar.2008.)中提出了一种混合升降压电路，其增益为2D/(1-D)，该增益也不够高。尽管开关网络和高频变压器被用于提升电压增益，这样也无需占空比工作在极限情况，但学者Yeung等在文献7.“Unifiedanalysisofswitched-capacitorresonantconverers,”(IEEETrans.Ind.Electron.,vol.51,no.4,pp.864873,Aug.2004.)中，学者Tang等在文献8.“Aswitched-capacitor-basedactive-networkconverterwithhighvoltagegain,”(IEEETrans.PowerElectron.,vol.29,no.6,pp.2959-2968,Jun.2014.)中，学者Abutul等在文献9.“Step-upswitching-modeconverterwithhighvoltagegainusingaswitched-capacitorcircuit,”(IEEETrans.CircuitsSyst.I.,vol.50,no.8,pp.1098-1102.Aug本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于宽母线范围的平方高增益升压/升降压变换器，其特征在于，包括：第一开关管S1、第二开关管S2、第一电感L1、第二电感L2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电容C1、第二电容C2；第二电容C2连接外部的负载电阻R，向外输出功率；第一开关管S1的一端连接外部输入电源的正极，第一开关管S1的另一端连接第一电感L1的一端和第一二极管D1的负极，第一电感L1的另一端连接外部输入电源的负极，第一电容C1的一端连接外部输入电源的正极，第一电容C1另一端连接第一二极管D1的正极和第二电感L2的一端，第二电感L2另一端连接第二二极管D2负极和第二开关管S2一端，第二开关管S2另一端连接外部输入电源的正极，第二电容C2的一端连接第二二极管D2正极，第二电容C2的另一端连接外部输入电源的负极，第二电容C2的两端作为输出端，连接外部的负载电阻R。

【技术特征摘要】
1.一种用于宽母线范围的平方高增益升压/升降压变换器，其特征在于，包括：第一开关管S1、第二开关管S2、第一电感L1、第二电感L2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电容C1、第二电容C2；第二电容C2连接外部的负载电阻R，向外输出功率；第一开关管S1的一端连接外部输入电源的正极，第一开关管S1的另一端连接第一电感L1的一端和第一二极管D1的负极，第一电感L1的另一端连接外部输入电源的负极，第一电容C1的一端连接外部输入电源的正极，第一电容C1另一端连接第一二极管D1的正极和第二电感L2的一端，第二电感L2另一端连接第二二极管D2负极和第二开关管S2一端，第二开关管S2另一端连接外部输入电源的正极，第二电容C2的一端连接第二二极管D2正极，第二电容C2的另一端连接外部输入电源的负极，第二电容C2的两端作为输出端，连接外部的负载电阻R。2.根据权利要求1所述的一种用于宽母线范围的平方高增益升压/升降压变换器...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晶，刘进军，鞠凯宾，
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