一种基于开关电容电感的直流升压变换器及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于开关电容电感的直流升压变换器，包括公共开关管、直流电压源和n个串联连接的开关电容电感单元，开关电容电感单元包括第一电感器，第一电容器、第二电容器、第一二极管、第二二极管和第三二极管。基于开关电容电感的直流升压变换器之所以具有较高的电压增益是因为，既可以通过改变开关电容电感单元的数量来改变该电压增益，也可以通过控制公共开关管的导通占空比来调节该电压增益。因此，能够克服现有技术中单纯依靠占空比来提高电压增益所带来的局限性，而且结构简单，所用器件成本较低。

A DC boost converter based on switched capacitor inductors and its system

The invention discloses a DC boost converter based on switched capacitor inductor, including public switch, DC voltage source and N series switch inductor and capacitor unit connected, switch capacitor and inductor unit comprises a first inductor, a first capacitor, a second capacitor, a first diode, a second diode and third diode. The voltage gain switched capacitor DC boost converter inductance is higher because the number is based on, either by changing the switch capacitance and inductance unit to change the voltage gain, can also be controlled by public switch duty cycle to regulate the voltage gain. Therefore, the invention can overcome the limitation of the prior art that the voltage gain is simply increased by the duty ratio, and the structure is simple, and the cost of the device used is low.

【技术实现步骤摘要】
一种基于开关电容电感的直流升压变换器及系统
本专利技术涉及变换器
，特别是涉及一种基于开关电容电感的直流升压变换器及系统。
技术介绍
随着光伏发电和燃料电池等分布式发电系统的发展和普及，高升压比直流变换器越来越受到重视。对于升压变换器来说，其电压增益是一个重要的参数。现有技术中，为了提高电压增益，通常有如下两种方法，一种是提高升压变换器的占空比，即当升压变换器的占空比足够大时可以达到很高的电压增益；另一种方法是利用具有高匝数比的变压器或耦合电感来实现。上述两种方法中，前者在实际应用中由于器件的电压电流压力和损耗的限制，升压变换器的占空比通常不会大于0.8，单纯依靠占空比来提高电压增益具有局限性；后者由于高匝数比变压器和耦合电感的设计较难且损耗很大，因此，也无法满足实际需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于开关电容电感的直流升压变换器，既可以通过改变开关电容电感单元的数量来改变该电压增益，也可以通过控制公共开关管的导通占空比来调节该电压增益。因此，能够克服现有技术中单纯依靠占空比来提高电压增益所带来的局限性，而且结构简单，所用器件成本较低。另外，本专利技术的目的还提供一种基于开关电容电感的直流升压变换系统。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于开关电容电感的直流升压变换器，包括公共开关管、直流电压源和n个串联连接的开关电容电感单元，所述开关电容电感单元包括第一电感器，第一电容器、第二电容器、第一二极管、第二二极管和第三二极管；其中，所述第一二极管的阳极分别与所述第一电容器的负极和所述第一电感器的第一端连接，所述第二二极管的阴极与所述第一电容器的正极连接，所述第二电容器的正极分别与所述第一二极管的阴极和所述第二二极管的阳极连接，所述第二电容器的负极分别与所述第一电感器的第二端和所述第三二极管的阳极连接；首端的所述开关电容电感单元的第一电容器的负极与所述直流电压源的正极连接，末端的所述开关电容电感单元的第一电容器的正极与负载连接，所述公共开关管的第一端分别与所述直流电压源的负极和所述负载连接，各所述第三二极管的阴极均与所述公共开关管的第二端连接，所述公共开关管的控制端通过驱动电路与控制器连接，n为正整数。优选地，所述开关电容电感单元还包括谐振电感器，所述谐振电感器的第一端与所述第二电容器的正极连接，第二端分别与所述第一二极管的阴极和所述第二二极管的阳极连接。优选地，所述公共开关管为N沟道电力场效应晶体管。优选地，所述公共开关管为P沟道电力场效应晶体管。优选地，所述公共开关管为绝缘栅双极型晶体管。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种直流升压变换系统，包括负载，驱动电路和控制器，还包括所述的基于开关电容电感的直流升压变换器。优选地，所述负载的数量为n个。本专利技术所提供的基于开关电容电感的直流升压变换器，包括公共开关管、直流电压源和n个串联连接的开关电容电感单元，开关电容电感单元包括第一电感器，第一电容器、第二电容器、第一二极管、第二二极管和第三二极管。基于开关电容电感的直流升压变换器之所以具有较高的电压增益是因为，既可以通过改变开关电容电感单元的数量来改变该电压增益，也可以通过控制公共开关管的导通占空比来调节该电压增益。因此，能够克服现有技术中单纯依靠占空比来提高电压增益所带来的局限性，而且结构简单，所用器件成本较低。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种基于开关电容电感的直流升压变换器的电路图；图2为本专利技术实施例提供的一种图1所示的电路在公共开关管S导通时对应的电路图；图3为本专利技术实施例提供的一种图1所示的电路在公共开关管S关断时对应的电路图；图4为本专利技术实施例提供的一种图1所示的电路在任意一个第一电感器Li工作在电流断续状态时对应的电路图；图5为本专利技术实施例提供的一种图1所示的电路在第一电感器Li全部工作在电流断续状态时对应的电路图；图6为本专利技术实施例提供的另一种基于开关电容电感的直流升压变换器的电路图；图7为本专利技术实施例提供的一种直流升压变换系统的电路图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护范围。本专利技术的核心是提供一种基于开关电容电感的直流升压变换器，既可以通过改变开关电容电感单元的数量来改变该电压增益，也可以通过控制公共开关管的导通占空比来调节该电压增益。因此，能够克服现有技术中单纯依靠占空比来提高电压增益所带来的局限性，而且结构简单，所用器件成本较低。另外，本专利技术的目的还提供一种基于开关电容电感的直流升压变换系统。为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。图1为本专利技术实施例提供的一种基于开关电容电感的直流升压变换器的电路图。包括公共开关管S、直流电压源Vin和n个串联连接的开关电容电感单元10，开关电容电感单元10包括第一电感器Li，第一电容器Ci1、第二电容器Ci2、第一二极管Di1、第二二极管Di2和第三二极管Di3；其中，第一二极管Di1的阳极分别与第一电容器Ci1的负极和第一电感器Li的第一端连接，第二二极管Di2的阴极与第一电容器Ci1的正极连接，第二电容器Ci2的正极分别与第一二极管Di1的阴极和第二二极管Di2的阳极连接，第二电容器Ci2的负极分别与第一电感器Li的第二端和第三二极管Di3的阳极连接；首端的开关电容电感单元10的第一电容器Ci1的负极与直流电压源Vin的正极连接，末端的开关电容电感单元10的第一电容器Ci1的正极与负载R连接，公共开关管S的第一端分别与直流电压源Vin的负极和负载R连接，各第三二极管Di3的阴极均与公共开关管S的第二端连接，公共开关管S的控制端通过驱动电路与控制器连接，n为正整数。需要说明的是，i为从1到n的正整数，上述开关电容电感单元10数量可以不唯一，即开关电容电感单元10数量可以为大于或等于1的正整数。需要进一步说明的是，当上述开关电容电感单元10的数量不唯一时，具体连接方式包括：第k个开关电容电感单元10中的中第一电容器Ci1的正极与第k+1个开关电容电感单元10的第一电容器Ci1的负极连接，其中，k为小于或等于n-1的正整数。可以理解的是，本专利技术公开的变换器的输出电压为直流电压源Vin和n个开关电容电感单元10中所有的第一电容器Ci1的电压之和。公共开关管S的控制端通过驱动电路与控制器连接，通过调节公共开关管S的导通占空比可以连续调节电压增益。另外，不同数量的开关电容电感单元10为可以带来不同的电压增益。为了进一步对本专利技术的方案进行说明，故提供下述具体的实施例以供本领域技术人员进行参考。公共开关管S的控制端通过驱动电路与控制器连接，公共开关管S高频交替工作在导通和关断两种状态。1)当公共开关管S开通图2为本专利技术实施例提供的一种图1所示的电路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于开关电容电感的直流升压变换器，其特征在于，包括公共开关管、直流电压源和n个串联连接的开关电容电感单元，所述开关电容电感单元包括第一电感器，第一电容器、第二电容器、第一二极管、第二二极管和第三二极管；其中，所述第一二极管的阳极分别与所述第一电容器的负极和所述第一电感器的第一端连接，所述第二二极管的阴极与所述第一电容器的正极连接，所述第二电容器的正极分别与所述第一二极管的阴极和所述第二二极管的阳极连接，所述第二电容器的负极分别与所述第一电感器的第二端和所述第三二极管的阳极连接；首端的所述开关电容电感单元的第一电容器的负极与所述直流电压源的正极连接，末端的所述开关电容电感单元的第一电容器的正极与负载连接，所述公共开关管的第一端分别与所述直流电压源的负极和所述负载连接，各所述第三二极管的阴极均与所述公共开关管的第二端连接，所述公共开关管的控制端通过驱动电路与控制器连接，n为正整数。

【技术特征摘要】
1.一种基于开关电容电感的直流升压变换器，其特征在于，包括公共开关管、直流电压源和n个串联连接的开关电容电感单元，所述开关电容电感单元包括第一电感器，第一电容器、第二电容器、第一二极管、第二二极管和第三二极管；其中，所述第一二极管的阳极分别与所述第一电容器的负极和所述第一电感器的第一端连接，所述第二二极管的阴极与所述第一电容器的正极连接，所述第二电容器的正极分别与所述第一二极管的阴极和所述第二二极管的阳极连接，所述第二电容器的负极分别与所述第一电感器的第二端和所述第三二极管的阳极连接；首端的所述开关电容电感单元的第一电容器的负极与所述直流电压源的正极连接，末端的所述开关电容电感单元的第一电容器的正极与负载连接，所述公共开关管的第一端分别与所述直流电压源的负极和所述负载连接，各所述第三二极管的阴极均与所述公共开关管的第二端连接，所述公共开关管的控制端通过驱动电路与控...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶远茂，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44