一种高电压转换比的升压变换器及其控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高电压转换比的升压变换器及其控制系统，所述升压变换器包括直流输入电压源V

【技术实现步骤摘要】
的另一端通过第二反馈分压电阻R2接地；所述滞回比较器的信号输入端连接到第一反馈分压电阻R1和第二反馈分压电阻R2之间；所述滞回比较器的参考高电平输入端用于输入电压V
H
，滞回比较器的参考低电平输入端用于输入电压V
L
，滞回比较器的输出端向驱动模块输出信号Q，所述驱动模块用于控制开关的闭合或者关断，从而影响输出电压V
O
，进而形成反馈环路。
[0007]所述滞回比较器的信号输入端输入的信号小于V
L
时，滞回控制器的输出信号Q就会切换到数字高电平，该高电平输入驱动模块后，驱动模块控制开关S3和开关S4闭合，开关S1和开关S2断开；所述滞回比较器的信号输入端输入的信号大于V
H
时，Q就会被切换到低电平，该低电平输入驱动模块后，驱动模块会控制开关S1和开关S2闭合，开关S3和开关S4断开。
[0008]优选地，所述驱动模块可以采用单片机、FPGA或DSP处理器；所述滞回比较器的正电源端接入VDD工作电压，滞回比较器的负电源端接地。
[0009]本专利技术的有益效果是：相比于传统的升压转换器，本专利技术具有高电压转换比和快速负载响应的明显特点；而与现存的另外一些结构复杂的高电压转换比升压转换器相比，本专利技术仅用四个开关，两个电容和两个电感从而实现了较为简洁的能量传递流程，所用开关管和工作模态数量较少，这使得该电路成本较低且易于控制。
附图说明
[0010]图1为传统拓扑结构的升压变换器的原理示意图；图2为本专利技术的升压变换器的原理示意图；图3为电路结构工作的第一个模态示意图；图4为电路结构工作的第二个模态示意图；图5为本专利技术与传统升压转换器的电压转换比曲线对比示意图；图6为本专利技术升压转换器工作在电压模式滞回比较控制器下的情况示意图；图7为本专利技术升压变换器经历负载瞬态响应时的仿真示意图；图8为本专利技术进入第二次稳态后的仿真示意图。
具体实施方式
[0011]下面结合附图进一步详细描述本专利技术的技术方案，但本专利技术的保护范围不局限于以下所述。
[0012]如图2所示，一种高电压转换比的升压变换器，由直流输入电压源V
in
、四个开关S1~S4、两个电感L1和L2、输出电容C
O
、输出电阻R以及升压电容C
F
共同构成。如图2所示，开关S1的第一端分别与开关S4的第一端和输入电压源的正极相连，开关S1的第二端分别与电感L1的第一端和开关S3的第一端相连；开关S2的第一端分别与电感L1的第二端、电容C
O
的第一端以及电阻R的第一端相连，开关S2的第二端分别与开关S3的第二端和电容C
F
的第一端相连；开关S4的第二端分别与电容C
F
的第二端和电感L2的第一端相连；输入电压源的负极、电感L2的第二端、电容C
O
的第二端以及电阻R的第二端接地。输出电压为V
O
，输出负载电流为I
O
，电感L1的平均电流为I
L1
，电感L2的平均电流为I
L2
。
[0013]图3所示为该电路结构工作的第一个模态，在这一模态中，开关S1和开关S2断开，开
关S3和开关S4闭合，升压电容C
F
被放电，电感L1和电感L2被充电，电路中的能量被逐渐集中储存在电感L1和电感L2中;图4所示为该电路结构工作的第二个模态，在这一模态中，开关S1和S2闭合，开关S3和开关S4断开，升压电容C
F
被充电，电感L1和电感L2被放电，电路的能量被逐渐集中储存在升压电容C
F
中。
[0014]进一步地，将模态一对应的占空比设为D，则模态二对应为1
‑
D，其中0<D<1。根据电感伏秒平衡原理，可知对于电感L1有同理，对于电感L2有进一步地，设升压电容C
F
正负两极之间的直流电压为V
F
，且有在D的取值范围内，该专利技术实现的电压转换比为M1，且有而在图1的升压转换器中，其电压转换比为M2，若定义其电感充电的模态占空比为D，则有更进一步地，二者之间的电压转换比相差M倍，且有因此，在相同的占空比下，如图5所示本专利技术可以实现更高的电压转换比。例如在D=0.5时，M=1.5；在D=0.7时，M=2.63。
[0015]在实际的工程应用中，一个升压转换器往往需要工作在闭环状态下。此时系统形成了自动的控制环路，其占空比D的取值受电路本身环路调节。图6所示为本专利技术升压转换器工作在电压模式滞回比较控制器下的情况。电阻R1和电阻R2为反馈分压电阻，b为反馈系数，且有电压V
H
为参考高电平，相对应地电压V
L
为参考低电平,一般而言二者电压相差在mV级别。V
H
和V
L
作为输入参考信号被输入滞回比较器内，bV
O
与二者进行比较从而确定输出端Q是高电平或是低电平。因此滞回比较器的输出信号Q为方波信号且该信号决定了系统自身所需要的占空比D。信号Q再通过驱动模块以控制开关的闭合或者关断，从而影响输出电压V
O
，进而形成反馈环路。滞回控制器的性质可以由以下函数来表示：
本专利技术中约定在某个周期内Q=1的时间段对应占空比D，即对应着上文提到的第一个模态，这可以通过设计驱动模块的逻辑实现。在该升压变换器进入闭环稳定状态之后，由于输出电容C
O
随着第一个模态和第二个模态之间的切换的同时也进行着充电和放电，因此输出电容上的电压即输出电压V
O
也就有了纹波。V
O
的纹波大小则是通过一个分压系数b进而受参考电平V
H
和V
L
控制的：当bV
O
小于V
L
时，滞回控制器的输出信号Q就会切换到数字高电平，此时该高电平信号输入到驱动模块当中，经过驱动模块处理会使得开关S3和开关S4闭合，开关S1和开关S2断开，电路进入第一个模态；反之，当bV
O
大于V
H
时，Q就会被切换到低电平，该低电平输入驱动模块后，驱动模块会使得开关S1和开关S2闭合，开关S3和开关S4断开，电路进入第二个模态；而当bV
O
处于二者之间时，Q的输出会维持原态不发生改变，工作模态也就不发生变化。bV
O
在V
H
和V
L
值的附近上下浮动，从而控制Q完成开关的切换。此时考虑负载电流的瞬态响应：如果输出电流I
O
突然有明显的变大，这相当于增大输出功率（以下分析忽略系统内部的非理想热功耗）。而由于该瞬间要满足功率守恒，输出电压V
O
会随之立刻下降，在瞬态负载电流I
O
完成这次变化之后，输入端功率会跟随输出端功率同时变大，输出电压V
O
会恢复到原本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高电压转换比的升压变换器，其特征在于：包括直流输入电压源V
in
、开关S1~S4、第一电感L1、第二电感L2、输出电阻R以及升压电容C
F
；所述直流输入电压源V
in
的正极与开关S1的第一端连接，直流输入电压源V
in
的负极接地，开关S1的第二端通过第一电感L1连接到输出电阻R的第一端，输出电阻R的第二端与直流输入电压源V
in
的负极连接；开关S2的第一端连接到输出电阻R的第一端，开关S2的第二端依次通过升压电容C
F
和第二电感L2连接到输出电阻R的第二端；开关S3的第一端连接到开关S1与第一电感L1之间，开关S3的第二端连接到开关S2与升压电容C
F
之间；开关S4的第一端与开关S1的第一端连接，开关S4的第二端连接到升压电容C
F
和第二电感L2之间。2.根据权利要求1所述的一种高电压转换比的升压变换器，其特征在于：所述升压变换器还包括输出电容C
O
，所述输出电容C
O
的一端与输出电阻的第一端连接，输出电容C
O
的另一端与输出电阻的第二端连接。3.根据权利要求1所述的一种高电压转换比的升压变换器，其特征在于：所述输出电阻R的第一端和第二端之间的电压作为升压变换器的输出电压V
O

【专利技术属性】
技术研发人员：阮珺逸，刘寻，罗元，姜俊敏，
申请(专利权)人：香港中文大学深圳，
类型：发明
国别省市：