CN103312154A - 一种串联式多输入耦合电感升降压变换器 - Google Patents
一种串联式多输入耦合电感升降压变换器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103312154A CN103312154A CN2012100632619A CN201210063261A CN103312154A CN 103312154 A CN103312154 A CN 103312154A CN 2012100632619 A CN2012100632619 A CN 2012100632619A CN 201210063261 A CN201210063261 A CN 201210063261A CN 103312154 A CN103312154 A CN 103312154A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- filter
- circuit
- boost
- filter inductance
- converter
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 23
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 5
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 5
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
本发明公开了一种串联式多输入耦合电感升降压变换器，属于电力电子变换器技术领域。该变换器是由N个升压电路、1个降压电路(20)和负载组成，N为大于1的自然数，每个升压电路均是由输入源、滤波电感、开关管、二极管和滤波电容构成，降压电路由开关管、二极管、滤波电感和滤波电容构成，N个升压电路的输出端串联连接，然后与降压电路(20)的输入端相连，降压电路(20)的输出端与负载相连，N个升压电路的滤波电感分别和降压电路的滤波电感耦合在一起。本发明变换器能够实现多个输入源同时向负载供电，且能够实现输入和输出之间的升降压变换，滤波电感彼此耦合，变换器体积小，不同输入源和负载侧可以各自独立控制，控制简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种串联式多输入耦合电感升降压变换器，属于电力电子变换器技术领域。
背景技术
能源危机和环境污染问题日益严重，新型能源的开发和利用受到世界各国的重视。热能温差电池、光伏电池、燃料电池等新能源发电设备的输出电压随环境条件的变化而在很宽范围内变换，而蓄电池、超级电容等储能设备随着充放电状态的不同，其端电压也在很宽的范围内变换，而单个新能源发电设备的输出电压很低，因此需要能够适应宽电压范围同时实现高升压的直流变换器。另一方面，太阳能、风能、等新型能源随环境的变化其输出功率、电压变化较大，电力供应不稳定、不连续，而燃料电池输出电压随负载的变化而发生变化，因此，为了确保连续可靠的给负载供电，需要将多种新能源彼此结合，构成优势互补的联合供电系统。
在升降压变换器中，由Buck变换器和Boost变换器级联构成的升降压变换器由于诸多优点获得了较多的研究和应用。文献“任小永，唐钊，阮新波，等.一种新颖的四开关Buck-Boost变换器[J].中国电机工程学报，2008，28(21)：15-19.”所研究的由Buck变换器和Boost变换器级联构成的升降压变换器只包含一个电感，拓扑结构简单，但输入和输出端电流断续，不适合热能温差发电、燃料电池等对纹波敏感的应用场合；文献“Rae-Young Kim and Jih-ShengLai.A seamless mode transfer maximum power point tracking controller for thermoelectricgenerator applications[J].IEEE Transactions on power electronics，2008，24(5)：2310-2318.”所研究的升降压变换器输入输出电流连续，但包含两个独立的电感，变换器体积重量大。同时，上述升降压变换器只能实现单个输入源到负载的功率变换，不能同时实现多个输入源和负载之间的功率变换。另一方面，升降压变换器中采用传统的Boost变换器，其升压比受到变换器中开关管最大占空比、电压和电流应力的限制，不适合用在要求高升压比的场合。而在要求高升压的场合，通常借助变压器实现升压，变换器结构复杂且变换效率低。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种串联式多输入耦合电感升降压变换器。
该变换器由N个升压电路、1个降压电路(20)和负载(Ro)组成，N为大于1的自然数，其中：
所述N个升压电路中的每个升压电路均是由输入源、滤波电感、开关管、二极管和电容组成，输入源的正极连接滤波电感的①端，滤波电感的②端连接二极管的阳极和开关管的漏极，二极管的阴极连接滤波电容的一端，滤波电容的另一端连接开关管的源极和输入源的负极，所述二极管的阴极和滤波电容相连的一端构成升压电路的正输出端，所述输入源的负极构成升压电路的负输出端；
所述N个升压电路的输出端彼此依次串联连接；
所述降压电路(20)由第一开关管(Qo)、第一二极管(Do)、N个滤波电感(Lo-1、Lo-2……Lo-N)和第一滤波电容(Co)组成，所述N个滤波电感中的第K个滤波电感(Lo-K)的①端与第(K+1)个滤波电感(Lo-(K+1))的②端相连，其中K为小于N的自然数，第一开关管(Qo)的漏极与第1个升压电路的正输出端相连，第一开关管(Qo)的源极与第一二极管(Do)的阴极以及第一滤波电感(Lo-1)的②端相连，第N滤波电感(Lo-N)的①端分别与第一滤波电容(Co)的一端和负载(Ro)的一端相连，负载(Ro)的另一端分别与第一滤波电容(Co)的另一端、第一二极管(Do)的阳极以及第N个升压电路的负输出端相连；
所述N个升压电路中，第J个升压电路中的滤波电感(Li-J)与降压电路(20)中第J个滤波电感(Lo-J)通过一个磁芯耦合在一起，J为小于等于N的自然数，且第J个升压电路中滤波电感(Li-J)的①端与降压电路(20)中第J个滤波电感(Lo-J)的①端为同名端，第J个升压电路中滤波电感(Li-J)的②端与降压电路(20)中第J个滤波电感(Lo-J)的②端为同名端。
本发明具有如下技术效果：
(1)能够实现多个输入源和负载电压之间的升降压变换，适用于电压宽范围变化的应用场合；
(2)多个输入源共用降压电路形成负载输出端，减少了变换器开关管的数量，简化了电路结构；
(3)升压电路和降压电路中的滤波电感共用电感磁芯，减少了变换器所用磁芯的数量，且能够通过电感耦合改善变换器的动态性能；
(4)多个输入源的电压和负载电压可以各自独立控制，控制简单。
附图说明
附图1为本发明变换器的电路结构原理图。
附图2为双输入时本发明变换器的电路结构原理图。
附图3～附图9为本发明变换器各开关模态的等效电路原理图。
以上附图中的符号名称：1、2、N为升压电路的编号；20为降压电路；Vin1、Vin2、VinN分别为第1、2、N个升压电路的输入源；Li-1、Li-2、Li-N分别为第1、2、N个升压电路的滤波电感；Q1、Q2、QN分别为第1、2、N个升压电路的开关管；D1、D2、DN分别为第1、2、N个升压电路的二极管；C1、C2、CN分别为第1、2、N个升压电路的滤波电容；Qo为降压电路的第一开关管；Do为降压电路的第一二极管；Lo-1、Lo-2、Lo-N为降压电路的滤波电感；Co为降压电路的滤波电容；Ro为负载；Vo为输出电压。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明采用升压电路与降压电路级联的方式实现输入源和负载电压之间的升降压变换，以此适应输入源电压宽范围变化的需要；采用升压电路串联的方式实现高升压，即每个升压电路只需要较低的升压比就能够实现整个变换器较高的升压比，降低每个升压电路的实现难度，降低器件的应力，并改善变换器的效率；通过将升压电路和降压电路中滤波电感彼此耦合的方式，减小变换器中磁性元器件的数目，减小变换器的体积、重量，滤波电感之间彼此耦合还能够彼此抵消电感中的高频纹波，提高变换器的动态性能。
如附图1所示，该变换器由N个升压电路、1个降压电路(20)和负载(Ro)组成，N为大于1的自然数，其中：所述N个升压电路中的每个升压电路均是由输入源、滤波电感、开关管、二极管和电容组成，输入源的正极连接滤波电感的①端，滤波电感的②端连接二极管的阳极和开关管的漏极，二极管的阴极连接滤波电容的一端，滤波电容的另一端连接开关管的源极和输入源的负极，所述二极管的阴极和滤波电容相连的一端构成升压电路的正输出端，所述输入源的负极构成升压电路的负输出端；所述N个升压电路的输出端彼此依次串联连接；所述降压电路(20)由第一开关管(Qo)、第一二极管(Do)、N个滤波电感(Lo-1、Lo-2……Lo-N)和第一滤波电容(Co)组成，所述N个滤波电感中的第K个滤波电感(Lo-K)的①端与第(K+1)个滤波电感(Lo-(K+1))的②端相连，其中K为小于N的自然数，第一开关管(Qo)的漏极与第1个升压电路的正输出端相连，第一开关管(Qo)的源极与第一二极管(Do)的阴极以及第一滤波电感(Lo-1)的②端相连，第N滤波电感(Lo-N)的①端分别与第一滤波电容(Co)的一端和负载(Ro)的一端相连，负载(Ro)的另一端分别与第一滤波电容(Co)的另一端、第一二极管(Do)的阳极以及第N个升压电路的负输出端相连；所述N个升压电路中，第J个升压电路中的滤波电感(Li-J)与降压电路(20)中第J个滤波电感(Lo-J)通过一个磁芯耦合在一起，J为小于等于N的自然数，且第J个升压电路中滤波电感(Li-J)的①端与降压电路(20)中第J个滤波电感(Lo-J)的①端为同名端，第J个升压电路中滤波电感(Li-J)的②端与降压电路(20)中第J个滤波电感(Lo-J)的②端为同名端。
下面以双输入为例，并结合附图2～附图9对本发明变换器的工作原理进行具体分析。
当变换器工作时：两个升压电路都可以工作于升压或非升压工作状态，当升压电路工作与升压状态时，对应升压电路中的开关管处于开关状态，当升压电路工作于非升压状态时，对应升压电路中的开关管保持关断状态；降压电路可以工作于降压或非降压工作状态，当降压电路工作于降压状态时，对应开关管处于开关状态，当降压电路工作于非降压状态时，对应开关管处于一直导通状态。
根据升压电路和降压电路的工作状态，变换器共有8种工作状态。
工作状态1：升压电路1工作于升压状态，升压电路2工作于升压状态，降压电路工作于降压状态，此时附图2中的开关管Q1、Q2和Qo都工作于开关状态。
工作状态2：升压电路1工作于升压状态，升压电路2工作于升压状态，降压电路工作于非降压状态，此时附图2中的开关管Q1、Q2工作于开关状态，开关管Qo一直导通，等效电路如附图3所示。
工作状态3：升压电路1工作于升压状态，升压电路2工作于非升压状态，降压电路工作于降压状态，此时附图2中的开关管Q1、Qo工作于开关状态，开关管Q2一直关断，等效电路如附图4所示。
工作状态4：升压电路1工作于升压状态，升压电路2工作于非升压状态，降压电路工作于非降压状态，此时附图2中的开关管Q1工作于开关状态，开关管Q2一直关断，开关管Qo一直导通，等效电路如附图5所示。
工作状态5：升压电路1工作于非升压状态，升压电路2工作于升压状态，降压电路工作于降压状态，此时附图2中的开关管Q2和Qo工作于开关状态、开关管Q1一直关断，等效电路如图6所示。
工作状态6：升压电路1工作于非升压状态，升压电路2工作于升压状态，降压电路工作于非降压状态，此时附图2中的开关管Q2工作于开关状态，开关管Q1一直关断，开关管Qo一直导通，等效电路如附图7所示。
工作状态7：升压电路1工作于非升压状态，升压电路2工作于非升压状态，降压电路工作于降压状态，此时附图2中的开关管Qo工作于开关状态，开关管Q1、Q2一直关断，等效电路如附图8所示。
工作状态8：升压电路1工作于非升压状态，升压电路2工作于非升压状态，降压电路工作于非降压状态，此时附图2中的开关管Q1和Q2一直关断，开关管Qo一直导通，等效电路如附图9所示。
由以上分析可知，变换器的输入端和输出端可以各自独立控制，变换器的控制策略可以有多种选择，输入源可以通过升压变换向负载供电，可以通过降压变换向负载供电，也可以通过升降压变换向负载供电。
Claims (1)
1.一种串联式多输入耦合电感升降压变换器，其特征在于：该变换器由N个升压电路、1个降压电路(20)和负载(Ro)组成，N为大于1的自然数，其中：
所述N个升压电路中的每个升压电路均是由输入源、滤波电感、开关管、二极管和电容组成，输入源的正极连接滤波电感的①端，滤波电感的②端连接二极管的阳极和开关管的漏极，二极管的阴极连接滤波电容的一端，滤波电容的另一端连接开关管的源极和输入源的负极，所述二极管的阴极和滤波电容相连的一端构成升压电路的正输出端，所述输入源的负极构成升压电路的负输出端；
所述N个升压电路的输出端彼此依次串联连接；
所述降压电路(20)由第一开关管(Qo)、第一二极管(Do)、N个滤波电感(Lo-1、Lo-2……Lo-N)和第一滤波电容(Co)组成，所述N个滤波电感中的第K个滤波电感(Lo-K)的①端与第(K+1)个滤波电感(Lo-(K+1))的②端相连，其中K为小于N的自然数，第一开关管(Qo)的漏极与第1个升压电路的正输出端相连，第一开关管(Qo)的源极与第一二极管(Do)的阴极以及第一滤波电感(Lo-1)的②端相连，第N滤波电感(Lo-N)的①端分别与第一滤波电容(Co)的～端和负载(Ro)的一端相连，负载(Ro)的另一端分别与第一滤波电容(Co)的另一端、第一二极管(Do)的阳极以及第N个升压电路的负输出端相连；
所述N个升压电路中，第J个升压电路中的滤波电感(Li-J)与降压电路(20)中第J个滤波电感(Lo-J)通过一个磁芯耦合在一起，J为小于等于N的自然数，且第J个升压电路中滤波电感(Li-J)的①端与降压电路(20)中第J个滤波电感(Lo-J)的①端为同名端，第J个升压电路中滤波电感(Li-J)的②端与降压电路(20)中第J个滤波电感(Lo-J)的②端为同名端。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210063261.9A CN103312154B (zh) | 2012-03-12 | 2012-03-12 | 一种串联式多输入耦合电感升降压变换器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210063261.9A CN103312154B (zh) | 2012-03-12 | 2012-03-12 | 一种串联式多输入耦合电感升降压变换器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103312154A true CN103312154A (zh) | 2013-09-18 |
| CN103312154B CN103312154B (zh) | 2016-03-30 |
Family
ID=49137033
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210063261.9A Expired - Fee Related CN103312154B (zh) | 2012-03-12 | 2012-03-12 | 一种串联式多输入耦合电感升降压变换器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103312154B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105245101A (zh) * | 2015-10-30 | 2016-01-13 | 高海凌 | 高效光伏功率优化器串联拓扑电路及其控制方法 |
| CN105785295A (zh) * | 2016-04-19 | 2016-07-20 | 鑫高益医疗设备股份有限公司 | 一种基于多级耦合电感优化设计的梯度功率放大器 |
| WO2018192495A1 (en) * | 2017-04-17 | 2018-10-25 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Multiple buck stage single boost stage optimizer |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6798177B1 (en) * | 2002-10-15 | 2004-09-28 | Arques Technology, Inc. | Boost-buck cascade converter for pulsating loads |
-
2012
- 2012-03-12 CN CN201210063261.9A patent/CN103312154B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6798177B1 (en) * | 2002-10-15 | 2004-09-28 | Arques Technology, Inc. | Boost-buck cascade converter for pulsating loads |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| GEOFFREY R.WALKER ET AL.: "Cascaded DC–DC Converter Connection of Photovoltaic Modules", 《IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS》, vol. 19, no. 4, 31 July 2004 (2004-07-31), pages 1130 - 1139 * |
| JINGQUAN CHEN ET AL.: "Buck-Boost PWM Converters Having Two Independently Controlled Switches", 《POWER ELECTRONICS SPECIALISTS CONFERENCE, 2001》, 21 June 2001 (2001-06-21), pages 736 - 741, XP010559317, DOI: 10.1109/PESC.2001.954206 * |
| 吴红飞等: "基于双输入/双输出变换器的三端口变换器拓扑", 《中国电机工程学报》, vol. 31, no. 27, 25 September 2011 (2011-09-25), pages 45 - 51 * |
| 陈乾宏等: "开关电源中磁集成技术及其应用", 《电工技术学报》, vol. 19, no. 3, 31 March 2004 (2004-03-31), pages 1 - 8 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105245101A (zh) * | 2015-10-30 | 2016-01-13 | 高海凌 | 高效光伏功率优化器串联拓扑电路及其控制方法 |
| CN105785295A (zh) * | 2016-04-19 | 2016-07-20 | 鑫高益医疗设备股份有限公司 | 一种基于多级耦合电感优化设计的梯度功率放大器 |
| CN105785295B (zh) * | 2016-04-19 | 2019-05-03 | 鑫高益医疗设备股份有限公司 | 一种基于多级耦合电感优化设计的梯度功率放大器 |
| WO2018192495A1 (en) * | 2017-04-17 | 2018-10-25 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Multiple buck stage single boost stage optimizer |
| US10333314B2 (en) | 2017-04-17 | 2019-06-25 | Futurewei Technologies, Inc. | Multiple buck stage single boost stage optimizer |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103312154B (zh) | 2016-03-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103312153B (zh) | 一种并联式多输入耦合电感升降压变换器 | |
| CN104218798A (zh) | 基于开关电容和耦合电感的高电压增益双向dc-dc变换器 | |
| CN104868725B (zh) | 一种升压型非隔离三端口直流变换器及其控制方法 | |
| CN102324841B (zh) | 一种多输入高增益升压变换器 | |
| CN113098271B (zh) | 基于开关电容的高增益三端口dc-dc变换器 | |
| CN210041650U (zh) | 一种非隔离型高增益三端口变换器 | |
| CN105939107B (zh) | 一种混合型准开关升压dc-dc变换器 | |
| CN101860218B (zh) | 一种三端口直流变换器 | |
| CN103312168A (zh) | 双向双输入zeta直流变换器及其功率分配方法 | |
| CN106787724A (zh) | 一种开关零电压关断双路输入高增益dc/dc变换器 | |
| CN107104596A (zh) | 一种低电压应力的高增益准开关升压dc/dc变换器 | |
| CN206620051U (zh) | 一种基于开关电容单元的多输入高增益z源变换器 | |
| CN108718156A (zh) | 一种输出电压宽范围可调的恒功率直流供电系统 | |
| CN107104590A (zh) | 一种基于开关电感的准开关升压dc/dc变换器 | |
| CN103312154B (zh) | 一种串联式多输入耦合电感升降压变换器 | |
| CN111786555B (zh) | 基于新型升压单元的零纹波高增益dc-dc变换器 | |
| CN206878702U (zh) | 一种基于倍压单元的高升压dc/dc变换器 | |
| CN207368879U (zh) | 一种低电压应力的高增益准开关升压dc/dc变换器 | |
| CN106712504B (zh) | 一种含有软开关的非隔离型高增益dc/dc变换器 | |
| CN109672332A (zh) | 一种单管高增益零纹波dc-dc变换器 | |
| CN106655773B (zh) | 一种含有软开关的双端口输入高增益dc/dc变换器 | |
| CN206402103U (zh) | 一种开关零电压关断双路输入高增益dc/dc变换器 | |
| CN205847090U (zh) | 一种混合型准开关升压dc‑dc变换器 | |
| CN105978322B (zh) | 一种开关电容型高增益准z源dc-dc变换器 | |
| CN104467414B (zh) | 一种电源-电容串联型直流变换器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Wu Hongfei Inventor after: Zhang Junjun Inventor after: Xia Tian Inventor after: Xing Yan Inventor before: Wu Hongfei Inventor before: Zhang Junjun Inventor before: Xing Yan |
|
| COR | Change of bibliographic data | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160330 Termination date: 20200312 |