高升压比交错并联Boost电路的分析.docVIP

高升压比交错并联Boost电路的分析 类别：电源技术 阅读：869 摘要：文章分析了传统BooST电路在实际应用中存在的问题，提出了一种改进型的交错并联Boost电路。在电感电流连续模式下，根据占空比大于或小于 0。5的情况，详细分析电路的工作过程，推导了稳态情况下输出输入电压关系式，最后通过仿真验证了理论分析的正确性。 　　0 引 言 　　升压变换器是最常用的一种变换器，随着新能源的推广，由于太阳能、燃料电池、蓄电池等输入源具有输入电压较低的特性，升压变换器成为不可或缺的关键部 件。常用的非隔离Boost升压变换器，在高输出电压场合，由于寄生参数的影响不可能达到很高的输入输出电压比。而另一种升压电路是隔离升压电路，例如正 激、反激电路。隔离升压电路中必须用到的变压器通常具有隔离、变压的功能，在那些不需要隔离或体积要求较小的应用场合，通过变压器升压就很难满足要求，另 外变压器漏感引起的一系列问题，比如开关电压过冲，EMI等，常常对电源本身及周围设备带来安全隐患。 　　为了克服常用升压变换器在大功率、高输入输出变比等场合应用的限制，本文研究分析了一种新的电路拓扑结构及其工作方式，并对其进行了仿真验证。 　　1 工作原理 　　下面分析Boost电路存在的不足，在理想情况下： 　　M(D)=U0Uin= 11-D(1)根据式(1)，在一定的输入电压下，理论上可以产生任意高于输入电压的输出电压。而实际情况中，由于电感、二极管、开关管都会产生一定的损耗，这些损耗可以等效为一个与电感串联的电阻RL，如图1所示： 图1 Boost等效电路图 　　此时根据磁平衡原理： 　　由式(2)、(3)可得： 　　根据式(4)，在不同的RL/R 情况下，M(D)如图2所示。由此可见，在实际电路中，Boost电路升压比有限制极限，输出电压一般能达到输入电压的4～5倍。在大功率应用环境中，由于损耗严重，升压比反而更低。 　　为了克服上述非隔离升压电路的不足，本文研究的升压变换器如图3所示，它由交错并联Boost电路与电容串联组合而成。 图2 升压比与占空比关系曲线图 图3 高升压比交错并联Boost电路结构图 　　在电感电流连续模式下，当占空比大于0。5时，系统工作原理时序如图4所示，PS1、PS2分别为开关管S1、S2的驱动脉冲。ID1、ID2分别为流过续流二极管D1、D2的电流。 图4 系统工作波形图 　　在一个周期内系统工作状态如下： 　　[t0～t1]阶段，S1、S2同时导通。输入电流流过电感与开关管，所有的二极管电流为零，电感储存能量，如图5所示。 图5 [t0～t1]阶段电路工作图 　　[t1～t2]阶段，S1导通、S2关断。电感L2储存的能量通过D4、D2释放给C1、Co，如图6所示。此时C1、C2通过D4串联，同时与Co通过D2并联，输出电压等于C1或C2两端电压的两倍。 图6　[t1～t2]阶段电路工作图 　　[t2～t3]阶段，S1、S2同时导通。系统状态与[t0～t1]阶段相同。 　　[t3～t4]阶段，S1关断、S2导通。电感L1储存的能量通过D3、D1释放给C2、Co，如图7所示。此时C1、C2通过D3串联，同时与Co通过D1并联，L2继续导通并储存能量。 图7 [t3～t4]阶段电路工作图 　　在电感电流连续模式下，占空比大于0。5时，设L1=L2=L，C1=C2=C，UC1=UC2=U，由磁链守恒得： 　　根据式(5)可得： 　　输出电压U0等于UC1与UC2之和： 　　由式(7)可见，在相同占空比的条件下，采用本文所述电路结构的升压比比采用传统Boost电路的升压比提高了两倍。 　　在电感电流连续模式下，占空比小于0。5时，开关管S1、S2的驱动脉冲如图8所示。 图8 占空比小于0.5时，开关管S1、S2的驱动脉冲 　　在一个周期内系统的工作状态如下： 　　[t0～t1]阶段，开关管S1导通S2关断。电感L2储存的能量通过D4、D2释放给C1、C0，这时电路工作状态与图6所示相同，且C1、C2通 过D4串联，同时与Co通过D2并联，输出电压等于C1或C2两端电压的两倍。 　　[t1～t2]阶段，开关管S1、S2同时关断。电感电流分别通过C1、D1与C2、D2向负载放电，如图9所示。 图9 S1、S2同时关断时工作原理图 　　[t2～t3]阶段，S1关断、S2导通。电感L1储存的能量通过D3、D1释放给C2、Co，这时电路工作状态与图7所示相同，且C1、C2通过D3串联，同时与Co通过D1并联，电感L2继续导通并储存能量。 　　[t3～t4]阶段，开关管S1、S2同时关断，系统状态与[t1～t2]阶段相同。 　　在电感电流连续模式下，占空比小于0.5时，设L1=L2=L，C1=C2=C，UC1=