一种新型双级Boost升压拓扑结构.docVIP

一种新型双级Boost升压拓扑结构 　　摘 要 传统的单级Boost升压电路拓扑结构升压幅度有限，不适用于升压幅度较大的场合。本文提出了一种新型双级Boost升压电路拓扑结构，它由两组单独的单级Boost升压电路组合而成，可以有效的解决该问题。仿真结果证明了这种新型拓扑结构的有效性。 　　关键词 双级Boost升压变换；拓扑结构；pspice仿真；逆变升压 　　中图分类号：TM461 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）05-0054-03 　　随着社会的发展，逆变电源在人们的生活中扮演者越来越重要的角色。在逆变电源中经常采用“升压—逆变”结构，升压一般是将蓄电池低电压升压至315 V，再经逆变、滤波器滤波而得到工频电压。升压部分有很多种拓扑结构，例如推挽式、Boost式等升压拓扑结构。 　　Boost拓扑结构的硬件电路比较简单，升压电感的设计也较为容易，且转换效率也比较高，大部分Boost电路转换效率都在0.92以上，因此在需要升压场合下应用较为广泛。但是单级Boost升压拓扑结构的升压比较小，如果升压幅度较大，就比较容易使开关管开通占空比较大，甚至接近于1。但是Boost电路一般是不允许开通占空比超过0.88的，因为开关管在开通占空比超过0.88后将失去升压作用，况且较大的开通占空比会导致开关管的温升和损耗过大，严重时会导致开关管损坏以至于整个电路无法正常工作。实际上开关管的开通占空比一般不超过0.85。 　　目前很多升压幅度较大，但功率不太大的场合下会优先采用推挽式变换器来实现升压，但是在大功率场合下，Boost升压器仍然是首选的电路拓扑结构。本文提出的一种双级的Boost升压电路拓扑结构可以有效的解决单级Boost电路的升压幅度有限问题，并且更适用于大功率场合。 　　1 单级Boost升压电路 　　传统单级Boost电路拓扑结构如图1所示，有3种工作模式：连续导电状态、不连续导电状态以及临界状态。本文采用连续导电状态。 　　图1 单级Boost拓扑结构图 　　在电路稳定工作时，其工作过程分为如下两个步骤。 　　1）开关S处于A状态时，流经储能电感L的电流线性增大。由于二极管D此时不导通，电容器C只能经由负载放电，向负载提供续流，维持负载上的输出电压Vo不变。当电感电流增大到一定程度时，开关S由状态A变为状态B。 　　2）开关S处于B状态时，储能电感L内电流逐渐变小，同时储能电感L两端产生一个正向电动势，并使二极管D导通，储能电感L产生的感应电动势与直流电源电压叠加，同时作用在电容器C与负载上，为电容器C充电，并向负载提供一个高于直流电源的电压Vo。当经过储能电感L的电流减小的一定程度时控制开关S转换到A状态，然后重复步骤1）和步骤2）。 　　负载波形如图2中Vo所示。 　　图2 单级Boost开关状态及输出波形图 　　其中，Ts为开关周期，Vs为开关状态，设开关在A状态时为“1”（表示实际电路中开关管导通），在B状态时为“0”（表示实际电路中开关管关断），Vo为输出电压波形，ton为开通时间且有 　　（1） 　　单级Boost电路的输出电压与输入电压的关系如下： 　　（2） 　　其中，D为开通占空比，一般来说应满足0D0.88。 　　2 双级Boost升压电路 　　2.1 双级Boost拓扑结构 　　双级Boost升压电路就是将由单级Boost电路完成的任务换成由双级串联的单级Boost电路来完成的电路。其原理图拓扑结构如图3所示。 　　图3 双级Boost升压拓扑 　　该拓扑结构由两组Boost结构串联构成。图中，直流电源DC、L1、S1及C1组成第一级Boost升压结构，L2、S2及C2组成第二级Boost升压结构，负载上电压作为输出电压Vo。其工作原理为，先由第一级将低级电压Vi变换成较为合适的中级电压Vm，再由第二级将中级电压变换成为需要的高级电压Vo并输出。由于每一级都有可以相当于一个单级的Boost电路，所以该电路比单级的Boost有更大的升压空间。 　　2.2 双级Boost电路工作过程 　　由图2可知，单级Boost负载上的电压处于比直流电源较高的水平，并且比较稳定，可以当作另外一个直流电源来看待。如此，在该拓扑结构中，第二级Boost电路即可再次对第一级Boost的输出电压进行提升，使输出电压达到一个更高的水平。 　　设第一级Boost升压电路的开通占空比为D1，第二级Boost升压电路的开通占空比为D2，输入电压为Vi，中级电压为Vm，输出电压为Vo，则有如下关系： 　　（3） 　　（4） 　　所以， 　　（5） 　　2.3 与传统单级Boost电路的比较 　　由于两级的开通占空比D1、D2是独立的，D1、