一种平方倍升压增益DC-DC变换器的制作方法

本发明属于变换器技术领域，具体涉及一种平方倍升压增益dc-dc变换器。

背景技术：

具有平方倍升压增益的dc-dc变换器在光伏系统、燃料电池系统及其它需要高升压增益的应用场合得到了广泛的关注和应用。但是，在现有的平方倍升压增益dc-dc变换器中，流过其元器件上电流应力较高。故导致其元器件的损耗较大，降低了变换器的效率。针对现有平方倍升压增益dc-dc变换器存在元器件电流应力高和效率低的缺点，构造具有低电流应力及更高效率的平方倍升压增益dc-dc变换器有着重要的经济价值和实际工程意义。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种平方倍升压增益dc-dc变换器，该变换器可以实现更低的电流应力和更高的效率。

为实现上述目的，本发明采用以下技术手段：

一种平方倍升压增益dc-dc变换器，包括两个功率开关管、两个电感、两个二极管和两个电容；其中，电感l1和电感l2的一端均与输入直流电源vin正极连接，电感l1的另一端与开关管s1和电容c1相连接，电感l2的另一端与开关管s2和二极管d2相连接；电容c1的一端与电感l1、开关管s1均连接，另一端与开关管s2、二极管d1均连接；电容c2与输出负载r并联；二极管d2的一端与电感l2和s2相连，另一端与输出电容c2相连；开关管s1、二极管d1、电容c2与输出负载r的低压端均与输入直流电源vin负极连接。

作为本发明的进一步改进，开关管s1和开关管s2采用相同的pwm控制信号控制，二者同时导通和关断。

作为本发明的进一步改进，两个开关管s1和开关管s2为mosfet、igbt或ganfet。

作为本发明的进一步改进，两个电感l1和l2的工作于电感电流连续模式的临界条件为：

式中：ts为开关周期，m为电压增益。

作为本发明的进一步改进，dc-dc变换器的pwm控制包括以下步骤：

s100，当开关管s1、开关管s2导通时，输入电压源vin通过开关管s1给电感l1充电；同时，输入电压源vin和电容c1通过开关管s2和开关管s1给电感l2充电；二极管d1、二极管d2关断，输出电容c2维持输出电压恒定；

s200，当开关管s1、开关管s2关断时，输入电压源vin和电感l1通过二极管d1给电容c1充电；同时，输入电压源vin和电感l2同过二极管d2向负载r和输出电容c2提供能量。

作为本发明的进一步改进，电感电流和电容电压满足的公式为：

式中，vc1为电容c1两端的电压，vo为输出电压，il1为流过电感l1的电流，il2为流过电感l2的电流。

作为本发明的进一步改进，电感电流和电容电压满足的公式为：

式中，vc1为电容c1两端的电压，vo为输出电压，il1为流过电感l1的电流，il2为流过电感l2的电流。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明平方倍升压增益dc-dc变换器，采用两个功率开关管、两个电感、两个二极管和两个电容组成，可用于需要高升压增益的应用场合，比如光伏发电系统、燃料电池系统等。在相同的工况下，本发明的平方倍升压增益dc-dc变换器在可以实现高升压增益的同时，相比于已有的平方倍升压增益dc-dc变换器，可以实现更低的电流应力和更高的效率。同时，其也具有拓扑结构简单、控制方法容易的优点。因此，该平方倍升压增益dc-dc变换器具有重要的经济价值和实际工程意义。

本发明通过同时对开关管s1、s2导通和关闭的切换，实现了输入电压源vin通过开关管s1给电感l1充电；输入电压源vin和电容c1通过开关管s2和s1给电感l2充电，二极管d1、d2关断，输出电容c2维持输出电压恒定。当开关管s1、s2关断时，输入电压源vin和电感l1通过二极管d1给电容c1充电；同时，输入电压源vin和电感l2通过二极管d2向负载r和输出电容c2提供能量。因此，本发明工作方式简单。

附图说明

图1是传统平方倍升压增益dc-dc变换器的拓扑结构图；

图2是本发明平方倍升压增益dc-dc变换器；

图3是本发明平方倍升压增益dc-dc变换器在电流连续模式(ccm)下的工作原理图；(a)为开关管s1、s2导通时，(b)为开关管s1、s2关断时；

图4是本发明平方倍升压增益dc-dc变换器与传统平方倍升压增益dc-dc变换器的仿真电流和电压波形对比图；(a)为本发明的仿真电流和电压波形，(b)为传统仿真电流和电压波形；

图5是本发明平方倍升压增益dc-dc变换器的实验效率对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构和工作原理作进一步详细说明。

如图2至图5所示，本发明的目的在于提供一种平方倍升压增益dc-dc变换器，其拓扑结构采用两个功率开关管、两个电感、两个二极管和两个电容组成。在同样的工况下，该平方倍升压增益dc-dc变换器可以实现更低的电流应力和更高的效率。

本发明平方倍升压增益dc-dc变换器的拓扑如图2所示。其采用两个开关管s1、s2，两个二极管d1、d2，两个电感l1、l2和两个电容c1、c2组成。输入端vin为直流输入电压源，r为输出负载电阻。其中，两个开关管s1、s2采用相同的控制信号控制。作为对比的传统平方倍升压增益dc-dc变换器的拓扑如图1所示。

本发明平方倍升压增益dc-dc变换器的拓扑连接方式为：

平方倍升压增益dc-dc变换器包含两个电感l1和l2，两个功率开关管s1和s2，两个二极管d1和d2，两个电容c1和c2。两个电感l1和l2的一端与输入直流电源vin相连接，电感l1的另一端与开关管s1和电容c1相连接，电感l2的另一端与开关管s2和二极管d2相连接。电容c1的两端分别与电感l1、开关管s1和开关管s2、二极管d1相连接。电容c2与输出负载r并联，二极管d2的一端与电感l2和s2相连，另一端与输出电容c2相连。；开关管s1、二极管d1、电容c2与输出负载r的低压端均与输入直流电源vin负极连接。需要注意的是，该变换器的两个功率开关管采用相同的pwm控制信号控制。

两个开关管s1和开关管s2可以为mosfet、igbt或ganfet。当然这里只是列举，并非穷举，也不做限定，采用其他的能够实现电路开通或关闭的开关管均可以。

两个电感l1和l2的工作于ccm的临界条件为：

式中：ts为开关周期，m为电压增益。

本发明平方倍升压增益dc-dc变换器在ccm模式下的工作原理如图3所示。

如图3(a)所示，当开关管s1、s2导通时，输入电压源vin通过开关管s1给电感l1充电；同时，输入电压源vin和电容c1通过开关管s2和s1给电感l2充电。二极管d1、d2关断，输出电容c2维持输出电压恒定。

电感电流和电容电压满足的公式为：

式中，vc1为电容c1两端的电压，vo为输出电压，il1为流过电感l1的电流，il2为流过电感l2的电流。

如图3(b)所示，当开关管s1、s2关断时，输入电压源vin和电感l1通过二极管d1给电容c1充电；同时，输入电压源vin和电感l2同过二极管d2向负载r和输出电容c2提供能量。

电感电流和电容电压满足的公式为：

仿真参数为：直流输入电压vin＝12v，直流输出电压vo＝100v，开关频率fs＝40khz，输出功率po＝50w。图4(a)所示为传统平方倍升压增益dc-dc变换器的仿真电流和电压波形图。图4(b)所示为本发明平方倍升压增益dc-dc变换器的仿真电流和电压波形图。从图中可以看到，二者的电压应力是相当的。但是，本发明平方倍升压增益dc-dc变换器的电感电流il1更低。相应地与其相关的器件的电流更低。

图5所示为本发明平方倍升压增益dc-dc变换器和传统平方倍升压增益dc-dc变换器的实验效率对比图。从图中可以看出，本发明平方倍升压增益dc-dc变换器在全功率范围下具有更高的效率。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方案进行修改或者等同替换，而这些并未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在本发明的权利要求保护范围之内。