一种高增益低损耗的Boost变换器及其电源系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高增益低损耗的Boost变换器及其电源系统。所述高增益低损耗的Boost变换器包括：直流电源V

【技术实现步骤摘要】
一种高增益低损耗的Boost变换器及其电源系统


[0001]本专利技术涉及电源领域，特别涉及一种高增益低损耗的Boost变换器及其电源系统。

技术介绍

[0002]燃料电池、光伏电池或蓄电池等可再生能源发电单元的端电压较低且变化范围较宽。因此，分布式可再生能源并网发电系统普遍采用直流升压变换器级联电压型逆变器的两级式结构。目前，非隔离并网逆变器的漏电流抑制策略日益成熟，电气安全问题已经得到完美解决。而且，相较于隔离型变换器，非隔离型变换器具有体积小、成本低、损耗小的优点。因此，采用非隔离型升压变换器作为可再生能源接口更具有优势。
[0003]Boost变换器是应用最为广泛的非隔离型升压变换器。其输入电流连续，结构简单，但实际电压增益受电路寄生参数的影响存在极大值(一般低于5)，且该增益对应的占空比接近1，功率管的电流应力和电压应力较大，系统效率严重下降。为此，开关电感、准Z源、二次型、开关电容等各种非隔离型双电感Boost变换器继被报道。上述方案可以提高Boost变换器的实际电压增益和变换效率，但是存在以下问题：开关管的开关损耗较大导致开关频率难以提升，同时电路结构和控制系统复杂。

技术实现思路

[0004]鉴于上述问题，提出了本专利技术，用于提供一种高增益低损耗的Boost变换器及其电源系统，能够有效提高输出电压增益，降低开关损耗，简化电路结构和控制系统。
[0005]在本专利技术的一个实施例中，提供了一种高增益低损耗的Boost变换器，包括：直流电源V
i
、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电感L1、第二电感L2、开关管S、第一电容C1、输出电容C
o
、负载R；直流电源V
i
的正极连接第一二极管D1的阳极，第一二极管D1的阴极连接第一电感L1的第一端，第一电感L1的第二端分别连接开关管S的漏极、第一电容C1的第一端、第二电感L2的第一端；第二电感L2的第二端连接第二二极管D2的阳极，第二二极管D2的阴极分别连接输出电容C
o
的第一端、负载R的第一端；负载R的第二端、输出电容C
o
的第二端、第一电容C1的第二端、开关管S的源极、直流电源V
i
的负极共同连接。
[0006]进一步的，所述Boost变换器还包括控制电路，用于实现开关管S的控制。
[0007]进一步的，所述控制电路包括积分器、电压比较器、电压过零比较器和RS触发器；所述积分器的反相输入端连接第一电感电流参考值i
ref
，同相输入端连接第一电感电流i
L1
，所述积分器的输出端连接所述电压比较器的反相输入端，所述电压比较器的同相输入端连接斜坡电压V
ramp
，所述电压比较器的输出端连接所述RS触发器的复位端；所述电压过零比较器的反相输入端接地，同相输入端连接第一电容电压V
C1
，所述电压过零比较器的输出端连接所述RS触发器的置位端，所述RS触发器的输出端产生PWM控制信号，输入到开关管S的栅极。
[0008]进一步的，在一个开关周期内，所述Boost变换器包括5个工作模态。
[0009]进一步的，工作模态1包括t0‑
t1阶段，具体为：在t0时刻，第一电容C1两端电压为零，开关管S的反并联二极管D
s
导通，第二电感L2对输出电容C
o
放电，第二电感L2、第二二极管D2、输出电容C
o
、反并联二极管D
s
形成电流回路；同时开关管S零电压导通，第一电感L1承受正向电压，第一电感电流i
L1
线性上升，直流电源V
i
、第一二极管D1、第一电感L1、开关管S形成电流回路。
[0010]进一步的，工作模态2包括t1‑
t2阶段，具体为：在t1时刻，第二电感电流i
L2
下降为零，第二二极管D2零电流关断；同时，开关管S继续导通，对第一电感L1充电，直流电源V
i
、第一二极管D1、第一电感L1、开关管S形成电流回路。
[0011]进一步的，工作模态3包括t2‑
t3阶段，具体为：在t2时刻，第一电感电流i
L1
上升到最大，开关管S零电压关断，第一电感L1对电容C1进行放电，第一电感电流i
L1
开始下降，电容电压V
C1
开始升高，直流电源V
i
、第一二极管D1、第一电感L1、电容C1形成电流回路。
[0012]进一步的，工作模态4包括t3‑
t4阶段，具体为：在t3时刻，电容电压V
C1
上升到输出电压，第二二极管D2开始导通，电容C1同时对第二电感L2、输出电容C
o
放电，电容C1、第二电感L2、输出电容C
o
、第二二极管D2之间形成电流回路。
[0013]进一步的，工作模态5包括t4‑
t5阶段，具体为：在t4时刻，第一电感电流i
L1
下降到零，电容电压V
C1
达到最大，第一二极管D1零电流关断，仅电容C1、第二电感L2、输出电容C
o
、第二二极管D2之间形成电流回路。
[0014]进一步的，开关管S为自带反向并联二极管的金氧半场效晶体管。
[0015]进一步的，基于占空比D、开关周期T，调整Boost变换器的增益。
[0016]本专利技术的有益技术效果是：本专利技术提供了一种高增益低损耗的Boost变换器及其电源系统，能够有效提高输出电压增益，降低开关损耗，简化电路结构和控制系统。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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。
[0018]图1为高增益低损耗的Boost变换器的电路结构示意图；图2(a)
‑
图2(e)为Boost变换器在一个开关周期内的5种工作模态等效图；图3为高精度比较器的电路结构示意图。
[0019]图4为积分器的电路结构示意图。
具体实施方式
[0020]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。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的范围。
[0021]本专利技术提供了一种高增益低损耗的Boost变换器及其电源系统，能够有效提高输
出电压增益，降低开关损耗，简化电路结构和控制系统。
[0022]下面结合附图及具体实施例对本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高增益低损耗的Boost变换器，其特征在于，包括：直流电源V
i
、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电感L1、第二电感L2、开关管S、第一电容C1、输出电容C
o
、负载R；直流电源V
i
的正极连接第一二极管D1的阳极，第一二极管D1的阴极连接第一电感L1的第一端，第一电感L1的第二端分别连接开关管S的漏极、第一电容C1的第一端、第二电感L2的第一端；第二电感L2的第二端连接第二二极管D2的阳极，第二二极管D2的阴极分别连接输出电容C
o
的第一端、负载R的第一端；负载R的第二端、输出电容C
o
的第二端、第一电容C1的第二端、开关管S的源极、直流电源V
i
的负极共同连接。2.根据权利要求1所述的Boost变换器，其特征在于，所述Boost变换器还包括控制电路，用于实现开关管S的控制，所述控制电路包括积分器、电压比较器、电压过零比较器和RS触发器；所述积分器的反相输入端连接第一电感电流参考值i
ref
，同相输入端连接第一电感电流i
L1
，所述积分器的输出端连接所述电压比较器的反相输入端，所述电压比较器的同相输入端连接斜坡电压V
ramp
，所述电压比较器的输出端连接所述RS触发器的复位端；所述电压过零比较器的反相输入端接地，同相输入端连接第一电容电压V
C1
，所述电压过零比较器的输出端连接所述RS触发器的置位端，所述RS触发器的输出端产生PWM控制信号，输入到开关管S的栅极。3.根据权利要求1所述的Boost变换器，其特征在于，在一个开关周期内，所述Boost变换器包括5个工作模态。4.根据权利要求3所述的Boost变换器，其特征在于，工作模态1包括t0‑
t1阶段，具体为：在t0时刻，第一电容C1两端电压为零，开关管S的反并联二极管D
s
导通，第二电感L2对输出电容C
o
放电，第二电感L2、第二二极管D2、输出电容C
o
、反并联二极管D
s
形成电流回路；同时开关管...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹广东，
申请(专利权)人：江苏韩娜新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：