低开关电压应力的双开关高升压直流变换器

1.本发明属于直流变换器技术领域，尤其是一种低开关电压应力的双开关高升压直流变换器。


背景技术：

2.作为电力电子技术核心之一的升压直流变换器在许多工业领域内越来越受欢迎。直流变换器分为隔离型直流变换器和非隔离型直流变换器，与非隔离型直流变换器相比，隔离型直流变换器更容易实现升压，但由于隔离直流变换器开关浪涌能量损失大，体积和重量相对较大，这些都增加了直流变换器的成本，因此非隔离型直流变换器越来越受到研究者的重视。
3.从理论上来说，使用极限占空比便可得到高电压增益，然而在实际应用中，由于电感、电容的等效电阻以及开关器件寄生参数的影响，因此当占空比达到一定值之后，直流变换效率会急剧下降，并且即便占空比在0.9的极值时，传统的升压型直流变换器也很难实现较高的电压增益。另外，传统的升压型直流变换器中开关电压应力与输出电压相同，这就导致高电压应用场合中必须选择耐压高、通态电阻大的开关器件，这必将导致较大的通态损耗。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种低开关电压应力的双开关高升压直流变换器，解决现有升压直流变换器不能满足工业应用中高增益要求和低开关电压应力的问题。
5.本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
6.一种低开关电压应力的双开关高升压直流变换器，包括输入直流电压vi、电感l1～l3、电容c1～c5、电容co、二极管d1～d7、mosfet开关管s1～s2和负载ro；所述输入直流电压vi的正极分别与电感l1的一端、二极管d3的阳极和电容c1、电容c4的一端相连接，所述电感l1的另一端分别与二极管d1和二极管d2的阳极相连接，所述二极管d1的阴极与电容c1的另一端和电感l2的一端相连接，所述电感l2的另一端分别与电容c2的一端、二极管d2的阴极、mosfet开关管s1的漏极和s2的源极相连接，所述二极管d3的阴极分别与电容c2的另一端和二极管d4的阳极相连接，所述二极管d4的阴极分别与电容c3的一端和电感l3的一端相连接，所述电感l3的另一端分别与mosfet开关管s2的漏极、电容c5的一端和二极管d5的阳极相连接，所述二极管d5的阴极分别与电容c4的另一端和输出二极管do的阳极相连接，所述输入直流电压vi的负极分别与电容c3的另一端、mosfet开关管s1的源极和二极管d6的阴极相连接，所述二极管d6的阳极分别与电容c5的另一端、电容co的负极、负载ro的负极和输出直流电压vo的负极相连接；所述二极管do的阴极分别与电容co的正极、负载ro的正极和输出直流电压vo的正极相连接。
7.进一步，所述低开关电压应力的双开关高升压直流变换器的占空比为0.5时，输出
直流电压vo为输入直流电压vi的20倍，mosfet开关管s1的电压应力为输出直流电压vo的1/5，mosfet开关管s2的电压应力为输出直流电压vo的3/10。
8.本发明的优点和积极效果是：
9.1、本发明的双开关高升压直流变换器将输入直流电压vi通过电容和电感充放电来实现高电压增益，解决现有升压直流变换器不能满足工业应用中高增益要求和低开关电压应力的问题。
10.2、本发明的双开关高升压直流变换器减小了mosfet开关管的电压应力，提高了直流变换器电路的效率。
11.3、本发明设计合理，实现升压直流变换器的高电压增益功能，满足了工业应用中高增益的要求，降低了开关的电压应力，提高了直流变换器电路的性价比，可广泛地应用在直流变换领域中。
附图说明
12.图1是本发明的电路图；
13.图2是mosfet开关管s1和mosfet开关管s2的驱动信号vgs图。
具体实施方式
14.以下结合附图对本发明实施例作进一步详述：
15.一种低开关电压应力的双开关高升压直流变换器，如图1所示，包括输入直流电压vi、电感(l1、l2、l3)、电容(c1、c2、c3、c4、c5、co)、二极管(d1、d2、d3、d4、d5、d6、do)、mosfet开关管(s1和s2)和负载ro。下面对该双开关高升压直流变换器的电路构成进行详细说明：
16.所述输入直流电压vi的正极分别与电感l1的一端、二极管d3的阳极和电容c1、c4的一端相连接；所述电感l1的另一端分别与二极管d1和d2的阳极相连接；所述二极管d1的阴极与电容c1的另一端和电感l2的一端相连接；所述电感l2的另一端分别与电容c2的一端、二极管d2的阴极、mosfet开关管s1的漏极和s2的源极相连接；所述二极管d3的阴极分别与电容c2的另一端和二极管d4的阳极相连接；所述二极管d4的阴极分别与电容c3的一端和电感l3的一端相连接；所述电感l3的另一端分别与mosfet开关管s2的漏极、电容c5的一端和二极管d5的阳极相连接；所述二极管d5的阴极分别与电容c4的另一端和输出二极管do的阳极相连接；所述输入直流电压vi的负极分别与电容c3的另一端、mosfet开关管s1的源极和二极管d6的阴极相连接；所述二极管d6的阳极分别与电容c5的另一端、电容co的负极(输出直流电压vo的负极)和负载ro的负极(输出直流电压vo的负极)相连接；所述二极管do的阴极分别与电容co的正极(输出直流电压vo的正极)和负载ro的正极(输出直流电压vo的正极)相连接。
17.图2给出了mosfet开关管s1和mosfet开关管s2的驱动信号vgs图，在本实施例中，mosfet开关管s1和mosfet开关管s2同时导通或同时关断。一个周期ts分为开关导通时间段ton和开关关断时间段toff，开关导通时间段ton为t0-t1，用占空比d表示的话，则为dts，开关关断时间段toff为t1-t2，用占空比d表示的话，则为(1-d)ts。
18.本发明的工作原理为：
19.当mosfet开关管s1和mosfet开关管s2处于图2所示的ton时间段内时，输入直流电
压vi经二极管d2和mosfet开关管s1给电感l1充电，经mosfet开关管s1和二极管d3给电容c2充电；电容c3经mosfet开关管s1和s2给电感l3充电；输入直流电压vi、电容c4和c5经二极管do、mosfet开关管s1和s2给电容co和负载ro供电；输入直流电压vi和电容c1经mosfet开关管s1给电感l2充电。
20.当mosfet开关管s1和mosfet开关管s2处于如图2所示的toff时间段内，输入直流电压vi、电感l1、电感l2和电容c2经二极管d1和二极管d4给电容c3充电；输入直流电压vi、电感l1、电感l2、电感l3和电容c2经二极管d1、二极管d4和二极管d6给电容c4充电；电感l1、电感l2、电感l3和电容c2经二极管d1、二极管d4和二极管d5给电容c5充电；电感l1经二极管d1给电容c1充电；电容co给负载ro供电。
21.经理论推导，本发明提出的低开关电压应力的双开关高升压直流变换器在占空比为d＝0.5时，输出直流电压vo为输入直流电压vi的20倍，mosfet开关管s1的电压应力仅为输出直流电压vo的1/5，mosfet开关管s2的电压应力仅为输出直流电压vo的3/10，满足了工业应用中高增益和低开关电压应力的要求。
22.需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

技术特征：
1.一种低开关电压应力的双开关高升压直流变换器，其特征在于：包括输入直流电压vi、电感l1～l3、电容c1～c5、电容co、二极管d1～d6、二极管do、mosfet开关管s1～s2和负载ro；所述输入直流电压vi的正极分别与电感l1的一端、二极管d3的阳极和电容c1、电容c4的一端相连接，所述电感l1的另一端分别与二极管d1和二极管d2的阳极相连接，所述二极管d1的阴极与电容c1的另一端和电感l2的一端相连接，所述电感l2的另一端分别与电容c2的一端、二极管d2的阴极、mosfet开关管s1的漏极和s2的源极相连接，所述二极管d3的阴极分别与电容c2的另一端和二极管d4的阳极相连接，所述二极管d4的阴极分别与电容c3的一端和电感l3的一端相连接，所述电感l3的另一端分别与mosfet开关管s2的漏极、电容c5的一端和二极管d5的阳极相连接，所述二极管d5的阴极分别与电容c4的另一端和输出二极管do的阳极相连接，所述输入直流电压vi的负极分别与电容c3的另一端、mosfet开关管s1的源极和二极管d6的阴极相连接，所述二极管d6的阳极分别与电容c5的另一端、电容co的负极、负载ro的负极和输出直流电压vo的负极相连接；所述二极管do的阴极分别与电容co的正极、负载ro的正极和输出直流电压vo的正极相连接。2.根据权利要求1所述的低开关电压应力的双开关高升压直流变换器，其特征在于：所述低开关电压应力的双开关高升压直流变换器的占空比为0.5时，输出直流电压vo为输入直流电压vi的20倍，mosfet开关管s1的电压应力为输出直流电压vo的1/5，mosfet开关管s2的电压应力为输出直流电压vo的3/10。

技术总结
本发明涉及一种低开关电压应力的双开关高升压直流变换器，其特点是包括输入直流电压Vi、电感L1～L3、电容C1～C5、电容Co、二极管D1～D6、二极管Do、MOSFET开关管S1～S2和负载Ro；输入直流电压Vi的正极分别与电感L1的一端、二极管D3的阳极和电容C1、电容C4的一端相连接，输入直流电压Vi的负极分别与电容C3的另一端、MOSFET开关管S1的源极和二极管D6的阴极相连接，二极管D6的阳极分别与电容C5的另一端、电容Co的负极、负载Ro的负极相连接，二极管Do的阴极分别与电容Co的正极、负载Ro的正极相连接。本发明实现升压直流变换器的高电压增益功能，降低了开关的电压应力，提高了直流变换器电路的性价比，可广泛地应用在直流变换领域中。中。中。


技术研发人员：刘玲玲 胡连军 杨惠兰 张亚坤 吴阳
受保护的技术使用者：天津商业大学
技术研发日：2023.04.24
技术公布日：2023/7/22