基于L‑C‑D结构的高增益低应力升压变换器制造技术

本发明专利技术涉及一种基于L‑C‑D结构的高增益低应力升压变换器，包括泵升电路、L‑C‑D结构电路和输出电路，泵升电路的输入端与电源连接，输出端与L‑C‑D结构电路的一端连接，L‑C‑D结构电路的另一端与电源连接，再一端通过输出电路与负载连接。与现有技术相比，本发明专利技术通过合理利用泵升电容以及L‑C‑D结构单元实现高升压比。

【技术实现步骤摘要】
基于L-C-D结构的高增益低应力升压变换器
本专利技术涉及一种升压变换器，尤其是涉及一种基于L-C-D结构的高增益低应力升压变换器。
技术介绍
近年来，传统化石能源消耗带来的能源危机和环境问题，促进新能源发电技术的迅速发展。在新能源系统中，光伏电池、燃料电池应用广泛，但其输出电压较低，需要通过升压变换器将电压升到更高的电压等级才能满足后级直流母线的要求。传统的Boost电路因结构简单而被广泛应用，但其升压比不高，而传统的高增益升压变换器存在开关电压应力高、结构复杂、电路损耗大等不足。带泵升电容的电感电容结构通过利用电感电容并联充电、串联放电的特性，能够提高电压增益；L-C-D结构不仅能够提高电压增益，而且具有低电压应力的特点。本专利技术提出了一种基于L-C-D结构的高增益低应力直流变换器。充分利用泵升电容和L-C-D结构在提升增益方面的优势，同时，利用开关电容的分压作用减小了开关电压应力，降低了电路损耗，而且拓扑结构简单，采用单开关实现电路工作模态转换，有效降低成本。1.传统的Boost电路因结构简单但升压比不高，高占空比运行会带来功率开关电压应力以及电流峰值变大从而增加导通损耗，同时带来明显的二极管反向恢复问题。2.传统的非隔离高增益升压变换器存在开关电压应力高、结构复杂、电路损耗大等不足。3.在隔离型直流升压变换器中，过高的匝数比会影响变压器的线性度，也会增加变压器的漏感，从而增加开关损耗和电磁干扰，并会增大开关管在关断期间的电压尖峰。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于L-C-D结构的高增益低应力升压变换器。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于L-C-D结构的高增益低应力升压变换器，包括泵升电路、L-C-D结构电路和输出电路，所述泵升电路的输入端与电源连接，输出端与L-C-D结构电路的一端连接，所述L-C-D结构电路的另一端与电源连接，再一端通过输出电路与负载连接。所述L-C-D结构电路包括第二电感、第一开关电容、第二开关电容、第二二极管、第三二极管和主开关，所述第二二极管、第一开关电容、第二电感、主开关、第三二极管和第二开关电容依次连接，且所述第二开关电容的两端分别与第二二极管和第三二极管的阳极连接；所述主开关导通时，第二电感充电，第一开关电容与第二开关电容串联向负载放电，输出电路储能，所述主开关断开时，第二电感和泵升电路给第一开关电容和第二开关电容充电，由输出电路直接向负载放电。所述主开关为场效应管。所述泵升电路包括泵升电容、第一电感和第一二极管，所述第一二极管的阴极和泵升电容的一端连接，阳极分别与第一电感的一端和电源连接，所述泵升电容的另一端与第一电感的另一端连接，以及通过第四二极管和主开关连接；所述主开关导通时，第一二极管、第四二极管正向偏置，第二二极管和第三二极管反向偏置，第一电感、第二电感和泵升电容分别通过独立回路并联充电，第一开关电容与第二开关电容串联向负载放电，输出电路储能，所述主开关断开时，第二二极管和第三二极管正向偏置，第一二极管、第四二极管反向偏置，电源、第一电感、第二电感、以及泵升电容一起给第一开关电容与第二开关电容充电，由输出电路直接向负载放电。所述输出电路和L-C-D结构电路之间设有续流二极管，该续流二极管的阳极与第二二极管的阴极连接，阴极与输出电路连接。所述输出电路为滤波电容，该滤波电容的两端分别与续流二极管的阴极和第三三极管的阳极连接。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1)通过合理利用泵升电容以及L-C-D结构单元实现高升压比。2)利用开关电容的分压作用减小了主开关S的电压应力，降低电路损耗。3)电路拓扑结构简单，采用单开关实现电路工作模态转换，控制方便。附图说明图1为本专利技术的主要结构示意图；图2为本专利技术的实施电路示意图；图3为本专利技术工作状态的主要波形示意图；图4为主开关导通时的等效电路示意图；图5为主开关关断时的等效电路示意图；图6为本专利技术的仿真波形示意图；其中：1、泵升电路，2、L-C-D结构电路，3、输出电路。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。一种基于L-C-D结构的高增益低应力升压变换器，如图1和图2所示，包括泵升电路1、L-C-D结构电路2和输出电路3，泵升电路1的输入端与电源Vin连接，输出端与L-C-D结构电路2的一端连接，L-C-D结构电路2的另一端与电源Vin连接，再一端通过输出电路3与负载R0连接。L-C-D结构电路2包括第二电感L2、第一开关电容C1、第二开关电容C2、第二二极管D2、第三二极管D3和主开关S，其中主开关S为场效应管，第二二极管D2、第一开关电容C1、第二电感L2、主开关S、第三二极管D3和第二开关电容C2依次连接，且第二开关电容C2的两端分别与第二二极管D2和第三二极管D3的阳极连接。泵升电路1包括泵升电容Cc、第一电感L1和第一二极管D1，第一二极管D1的阴极和泵升电容Cc的一端连接，阳极分别与第一电感L1的一端和电源Vin连接，泵升电容Cc的另一端与第一电感L1的另一端连接，以及通过第四二极管D4和主开关S连接；输出电路3和L-C-D结构电路2之间设有续流二极管D0，该续流二极管D0的阳极与第二二极管D2的阴极连接，阴极与输出电路3连接。输出电路3为滤波电容C0，该滤波电容的两端分别与续流二极管D0的阴极和第三三极管D3的阳极连接。图2中的一些变量的含义如下：Vg为主开关S的驱动信号，即栅级-源级电压，iL1、iL2分别为电感第一电感L1和第二电感L2的电流，Vds为主开关S的漏级-源级电压，VD1，VD2，VD3，VD4，VD0分别为各二极管两端电压，D为主开关S的占空比，TS为开关周期，VC1，VC2为两个电容C1，C2的电压，VCc为泵升电容Cc的电压。本申请中实施时，需要：1)C1、C2、Cc足够大；2)不考虑二极管和功率开关管的导通压降；3)忽略功率开关管导通或关断的死区时间；4)电路工作在连续导通模式(CCM)。电路在CCM下的主要波形如图3所示，该电路有两种工作模态，模态1(to～t1)：等效电路如图4所示，开关S导通，二极管D1、D4、Do正向偏置，D2和D3反向偏置。此时电感L1、L2以及泵升电容Cc分别通过独立回路并联充电，电容C1与C2串联向负载放电：具体为：主开关S导通时，第一二极管D1、第四二极管D4正向偏置，第二二极管D2和第三二极管D3反向偏置，第一电感L1、第二电感L2和泵升电容Cc分别通过独立回路并联充电，第一开关电容C1与第二开关电容C2串联向负载R0放电，输出电路3储能。模态2(t1～(to+TS))：等效电路如图5所示，开关S关断，二极管D2和D3正向偏置，D1、D4和Do反向偏置。此时电源Vin、电感L1、L2、以及泵升电容Cc一起给电容C1和C2充电，输出电容Co向负载供电：具体为：主开关S断开时，第二二极管D2和第三二极管D3正向偏置，第一二极管D1、第四二极管D4反向偏置，电源Vin、第一电感L1、第二电感L2、以及泵升电容Cc一起给第一开关电容C1与第二开关电容C2充电，由输出电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于L‑C‑D结构的高增益低应力升压变换器，其特征在于，包括泵升电路(1)、L‑C‑D结构电路(2)和输出电路(3)，所述泵升电路(1)的输入端与电源(Vin)连接，输出端与L‑C‑D结构电路(2)的一端连接，所述L‑C‑D结构电路(2)的另一端与电源(Vin)连接，再一端通过输出电路(3)与负载(R0)连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于L-C-D结构的高增益低应力升压变换器，其特征在于，包括泵升电路(1)、L-C-D结构电路(2)和输出电路(3)，所述泵升电路(1)的输入端与电源(Vin)连接，输出端与L-C-D结构电路(2)的一端连接，所述L-C-D结构电路(2)的另一端与电源(Vin)连接，再一端通过输出电路(3)与负载(R0)连接。2.根据权利要求1所述的一种基于L-C-D结构的高增益低应力升压变换器，其特征在于，所述L-C-D结构电路(2)包括第二电感(L2)、第一开关电容(C1)、第二开关电容(C2)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)和主开关(S)，所述第二二极管(D2)、第一开关电容(C1)、第二电感(L2)、主开关(S)、第三二极管(D3)和第二开关电容(C2)依次连接，且所述第二开关电容(C2)的两端分别与第二二极管(D2)和第三二极管(D3)的阳极连接；所述主开关(S)导通时，第二电感(L2)充电，第一开关电容(C1)与第二开关电容(C2)串联向负载(R0)放电，输出电路(3)储能，所述主开关(S)断开时，第二电感(L2)和泵升电路(1)给第一开关电容(C1)和第二开关电容(C2)充电，由输出电路(3)直接向负载(R0)放电。3.根据权利要求2所述的一种基于L-C-D结构的高增益低应力升压变换器，其特征在于，所述主开关(S)为场效应管。4.根据权利要求2所述的一种基于L-C-D结构的高增益低应力升压变换器，其特征在于，所述泵升电路(1)包括泵升电容(...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈克庆，魏夏，潘雪涛，赵晋斌，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海,31