新型的直流升壓電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種新型的直流升壓電路，包括：直流電壓源、倍壓模塊、Boost電路模塊以及負(fù)載模塊；所述直流電壓源經(jīng)過并聯(lián)充電串聯(lián)放電的多個(gè)倍壓模塊升壓后，由Boost電路再次升壓傳輸至負(fù)載模塊。本發(fā)明提供的直流升壓電路中的開關(guān)管所需承受的額定電壓不超過輸入電壓的峰值，倍壓電路能夠?qū)⒌碗妷荷叩剿璧妮^高電壓，且Boost電路能夠起到電壓調(diào)節(jié)的作用，使得輸出電壓連續(xù)，性能更加穩(wěn)定可靠；并能夠通過增加倍壓模塊滿足不同等級(jí)的電壓需求，通用性較強(qiáng)。
【專利說明】
新型的直流升壓電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及DC-DC變換技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種新型的直流升壓電路。
【背景技術(shù)】
[0002]大多數(shù)系統(tǒng)只有一個(gè)供電電源，當(dāng)需要不同等級(jí)的電壓時(shí)，需要借助升降壓電路獲得。通常，直流電壓源的電壓等級(jí)較低，但在實(shí)際應(yīng)用過程中，有些電器設(shè)備可能需要較高等級(jí)的電壓，這時(shí)候就必須借助各種方法來達(dá)到升壓的目的。
[0003]變壓器是交流升壓的常用設(shè)備，變壓器的輸出端加上大電容就可以獲得較大的電壓增益，但是變壓器的體積龐大，而所使用的磁芯也會(huì)大大提高設(shè)備的總質(zhì)量。高頻化是減小變壓器體積的一個(gè)重要方法，先將直流電逆變成高頻交流電，變壓器通過磁耦合在二次側(cè)產(chǎn)生高壓，再對(duì)其進(jìn)行整流獲得所需的直流高壓輸出，這對(duì)開關(guān)管的通斷速率也是一個(gè)不小的考驗(yàn)，而且整個(gè)過程所需設(shè)備較多，控制較為復(fù)雜，如果輸入電壓較低的話，電壓損耗較嚴(yán)重，能量傳輸效率也不是很高。
[0004]將直流電逆變成交流，通過倍壓整流電路能夠?qū)崿F(xiàn)直流高壓輸出，但是輸出電壓的可調(diào)性較差，且電路中的整流二極管需要承受的最高反向電壓是輸入電壓幅值的兩倍，當(dāng)要獲得很高的輸出電壓時(shí)，二極管可能被反向擊穿。
[0005]高電壓系統(tǒng)中經(jīng)常使用高壓脈沖發(fā)生器來獲得直流高壓，這種方法能夠有效獲得幅值大的脈沖高壓。但是它的缺點(diǎn)也是很明顯的，首先球隙的存在使得裝置體積大，且低等級(jí)的直流電壓源升壓困難;其次電壓的輸出不是連續(xù)的，在很多場(chǎng)合不適用。
[0006]Boost電路和Buck-Boost電路是電力電子直流升壓用得最多的拓?fù)洌砗?jiǎn)單，控制也不難。但是當(dāng)這兩種電路能夠工作在高電壓增益狀況下時(shí)，容易導(dǎo)致使電路失穩(wěn)，對(duì)電感的要求也會(huì)大大提高。
[0007]綜合以上，對(duì)現(xiàn)有升壓電路結(jié)構(gòu)的分析發(fā)現(xiàn)，目前階段仍然需要推出控制簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)、電壓增益高的新型直流升壓電路，本文利用電容并聯(lián)充電串聯(lián)放電的原理實(shí)現(xiàn)倍壓，后級(jí)接入Boost電路，既可以再次升壓，也可以通過Boost電路的調(diào)節(jié)作用獲得連續(xù)的輸出電壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種新型的直流升壓電路。
[0009]根據(jù)本發(fā)明提供的新型的直流升壓電路，包括:直流電源、倍壓模塊、Boost電路模塊以及負(fù)載模塊;所述直流電源對(duì)多個(gè)倍壓模塊進(jìn)行充電，當(dāng)電壓達(dá)到設(shè)定值后所述倍壓模塊通過Boos t電路模塊向負(fù)載模塊提供經(jīng)升壓處理的直流電壓。
[0010]優(yōu)選地，所述倍壓模塊包括:電容、第一單向晶閘管、第二單向晶閘管、雙向晶閘管;所述電容的正極構(gòu)成倍壓模塊的正充電端，電容的負(fù)極構(gòu)成倍壓模塊的負(fù)充電端；電容的正極分別連接至第一單向晶閘管的陽(yáng)極、雙向晶閘管的陽(yáng)極;所述第一單向晶閘管的負(fù)極構(gòu)成倍壓模塊的第一輸出端，電容的負(fù)極連接至第二單向晶閘管的陰極，所述第二單向晶閘管的陽(yáng)極連接至雙向晶閘管的陰極并構(gòu)成倍壓模塊的第二輸出端。
[0011]優(yōu)選地，多個(gè)倍壓模塊依次串聯(lián)構(gòu)成多級(jí)倍壓模塊，即上一級(jí)倍壓模塊的第一輸出端連接下一級(jí)倍壓模塊的正充電端，上一級(jí)倍壓模塊的第二輸出端連接下一級(jí)倍壓模塊的負(fù)充電端。
[0012]優(yōu)選地，初級(jí)倍壓模塊的正充電端連接至直流電源的正極，所述初級(jí)倍壓模塊的負(fù)充電端連接至直流電源的負(fù)極;末級(jí)倍壓模塊的第一輸出端連接至Boost電路模塊的第一輸入端，所述末級(jí)倍壓模塊的第二輸出端為非連接端。
[0013]優(yōu)選地，所述Boost電路模塊包括:電感L1、二極管D1、開關(guān)管S1、電解電容E4，所述電感LI的一端構(gòu)成Boost電路模塊的第一輸入端，所述電感LI的另一端分別連接至二極管Dl的正極、開關(guān)管SI的漏極，所述二極管的負(fù)極連接至電解電容E4的正極并構(gòu)成Boost電路模塊的第一輸出端，所述電解電容E4的負(fù)極分別連接至開關(guān)管SI的源極、直流電源的負(fù)極并構(gòu)成Boo st電路模塊的第二輸出端;所述Boo st電路模塊的第一輸出端、第二輸出端分別連接至負(fù)載模塊的兩端。
[0014]優(yōu)選地，當(dāng)各個(gè)倍壓模塊中的第一單向晶閘管、第二單向晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)，且雙向晶閘管、開關(guān)管SI處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，直流電源對(duì)各個(gè)倍壓模塊中呈并聯(lián)關(guān)系的電容進(jìn)行充電；當(dāng)各個(gè)倍壓模塊中的第一單向晶閘管、第二單向晶閘管處于截止?fàn)顟B(tài)，且雙向晶閘管、開關(guān)管SI處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，各個(gè)倍壓模塊的電容呈串聯(lián)關(guān)系并對(duì)電感LI充電；當(dāng)各個(gè)倍壓模塊中的第一單向晶閘管、第二單向晶閘管、開關(guān)管SI處于截止?fàn)顟B(tài)，且雙向晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，各個(gè)倍壓模塊的電容以及電感LI呈串聯(lián)關(guān)系并對(duì)電解電容E4和負(fù)載模塊供電。
[0015]優(yōu)選地，所述開關(guān)管SI為N溝道MOSFET器件，600V，25A/100°C。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0017]1、本發(fā)明提供的直流升壓電路中倍壓模塊的開關(guān)管所需承受的額定電壓不超過輸入電壓的峰值，遠(yuǎn)低于輸出電壓，電路性能更加穩(wěn)定可靠。
[0018]2、本發(fā)明提供的新型的直流升壓電路能夠通過增加倍壓模塊滿足不同等級(jí)的電壓需求，電壓增益高。
[00?9 ] 3、本發(fā)明提供的新型的直流升壓電路通過Boo s t電路模塊的調(diào)節(jié)，可生成連續(xù)的的直流高壓。
【附圖說明】
[0020]通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0021 ]圖1為3級(jí)直流升壓電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為n+1級(jí)直流升壓電路結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變化和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0024]根據(jù)本發(fā)明提供的新型的直流升壓電路，包括:直流電源、倍壓模塊、Boost電路模塊以及負(fù)載模塊;所述直流電源對(duì)多個(gè)倍壓模塊進(jìn)行充電，當(dāng)電壓達(dá)到設(shè)定值后所述倍壓模塊通過Boos t電路模塊向負(fù)載模塊提供經(jīng)升壓處理的直流電壓。
[0025]所述倍壓模塊包括:電容、第一單向晶閘管、第二單向晶閘管、雙向晶閘管;所述電容的正極構(gòu)成倍壓模塊的正充電端，電容的負(fù)極構(gòu)成倍壓模塊的負(fù)充電端；電容的正極分別連接至第一單向晶閘管的陽(yáng)極、雙向晶閘管的陽(yáng)極;所述第一單向晶閘管的負(fù)極構(gòu)成倍壓模塊的第一輸出端，電容的負(fù)極連接至第二單向晶閘管的陰極，所述第二單向晶閘管的陽(yáng)極連接至雙向晶閘管的陰極并構(gòu)成倍壓模塊的第二輸出端。
[0026]多個(gè)倍壓模塊依次串聯(lián)構(gòu)成多級(jí)倍壓模塊，即上一級(jí)倍壓模塊的第一輸出端連接下一級(jí)倍壓模塊的正充電端，上一級(jí)倍壓模塊的第二輸出端連接下一級(jí)倍壓模塊的負(fù)充電端。
[0027]初級(jí)倍壓模塊的正充電端連接至直流電源的正極，所述初級(jí)倍壓模塊的負(fù)充電端連接至直流電源的負(fù)極;末級(jí)倍壓模塊的第一輸出端連接至Boost電路模塊的第一輸入端，所述末級(jí)倍壓模塊的第二輸出端為非連接端，及不與其他模塊相連。
[0028]所述Boost電路模塊包括:電感L1、二極管D1、開關(guān)管S1、電解電容E4，所述電感LI的一端構(gòu)成Boost電路模塊的第一輸入端，所述電感LI的另一端分別連接至二極管Dl的正極、開關(guān)管SI的漏極，所述二極管的負(fù)極連接至電解電容E4的正極并構(gòu)成Boost電路模塊的第一輸出端，所述電解電容E4的負(fù)極分別連接至開關(guān)管SI的源極、直流電源的負(fù)極并構(gòu)成Boost電路模塊的第二輸出端;所述Boost電路模塊的第一輸出端、第二輸出端分別連接至負(fù)載模塊的兩端。
[0029]當(dāng)各個(gè)倍壓模塊中的第一單向晶閘管、第二單向晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)，且雙向晶閘管、開關(guān)管SI處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，直流電源對(duì)各個(gè)倍壓模塊中呈并聯(lián)關(guān)系的電容進(jìn)行充電；當(dāng)各個(gè)倍壓模塊中的第一單向晶閘管、第二單向晶閘管處于截止?fàn)顟B(tài)，且雙向晶閘管、開關(guān)管SI處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，各個(gè)倍壓模塊的電容呈串聯(lián)關(guān)系并對(duì)電感LI充電；當(dāng)各個(gè)倍壓模塊中的第一單向晶閘管、第二單向晶閘管、開關(guān)管SI處于截止?fàn)顟B(tài)，且雙向晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，各個(gè)倍壓模塊的電容以及電感LI呈串聯(lián)關(guān)系并對(duì)電解電容E4和負(fù)載模塊供電。
[0030]所述開關(guān)管SI 為 N 溝道 MOSFET 器件，600V，25A/10(TC。
[0031 ]具體地，如圖1所示，為三級(jí)的直流升壓電路，倍壓模塊能夠?qū)崿F(xiàn)三級(jí)直流升壓，Boost電路模塊能夠再次升壓并使輸出電壓連續(xù)，包括一個(gè)功率二極管Dl、一個(gè)電感L1、一個(gè)N溝道MOSFET S1、四個(gè)單向晶閘管TH 1-TH4、兩個(gè)雙向晶閘管BTH1-BTH2、四個(gè)電解電容EI?E4、負(fù)載電阻RL，其中:
[0032]電解電容El的正極連接至晶閘管THl、BTH1的陽(yáng)極并構(gòu)成倍壓模塊的正充電端，El的負(fù)極連接至晶閘管TH2的陰極并構(gòu)成倍壓模塊的負(fù)充電端；晶閘管THl的陰極連接至電解電容E2的正極、晶閘管TH3和BTH2的陽(yáng)極；晶閘管TH2的陽(yáng)極與晶閘管BTHl和TH4的陰極、電解電容E2的陰極相連；晶閘管TH3的陰極與電解電容E3的正極、電感LI相連；電解電容E3的負(fù)極連接至晶閘管TH4的陽(yáng)極、晶閘管BTH2的陰極；
[0033]電感LI的另一端與MOSFETSI的漏極、功率二極管DI的陽(yáng)極相連，功率二極管DI的陰極與電解電容E4的正極、負(fù)載的一端相連，MOSFET SI的源極與電解電容E4的負(fù)極、負(fù)載的另一端相連，并與初級(jí)倍壓模塊的負(fù)充電端相連形成回路。
[0034]本實(shí)例中上述各個(gè)元器件的選型:
[0035]供電電源:直流電源30V;
[0036]負(fù)載功率:8.1W，
[0037]電感(Ll):600V，3300yH;
[0038]功率二極管(Dl):600V，25Α/100Γ ；
[0039]單向晶閘管(THl-TH4)與雙向晶閘管(BTHl-BTH2):600V,25A/100°C ；
[0040]電解電容(El?E4):600V，3300yF，插件，用于儲(chǔ)能與倍壓；
[0041 ] MOSFET(Sl):600V，25A/100°C，用于Boost電路的切換；
[0042]負(fù)載電阻(RL):1k Ω/ΙΟΟΓ，10W;
[0043]整個(gè)電路具體工作時(shí):
[0044]接通直流電源(30V)，導(dǎo)通晶閘管TH1-TH4，關(guān)斷單向晶閘管BTH1-BTH2，直流電源對(duì)電解電容El?E3充電，充電完成后，關(guān)斷晶閘管TH1-TH4，導(dǎo)通雙向晶閘管BTH1-BTH2，電解電容E1、雙向晶閘管BTHl、電解電容E2、雙向晶閘管BTH2、電解電容E3形成串聯(lián)，MOSFETSI導(dǎo)通時(shí)給電感充電，斷開后電解電容電壓與反向的電感電壓串聯(lián)，給儲(chǔ)能電解電容E4、負(fù)載電阻RL提供多倍于電容電壓的高壓輸出。通過調(diào)整晶閘管和MOSFET的通斷時(shí)間，可以生成連續(xù)的電壓輸出。
[0045]多級(jí)直流升壓電路的工作原理與三級(jí)直流升壓電路的工作原理基本一致。
[0046]本發(fā)明可以應(yīng)用于電動(dòng)車供電系統(tǒng)、無線輸電設(shè)備副邊調(diào)壓系統(tǒng)等一系列需要直流電平轉(zhuǎn)換的領(lǐng)域，能夠多倍直流升壓功能，具有開關(guān)管所需承受的電壓低、可模塊化、可生成連續(xù)的輸出電壓等優(yōu)點(diǎn)。
[0047]以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變化或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。在不沖突的情況下，本申請(qǐng)的實(shí)施例和實(shí)施例中的特征可以任意相互組合。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種新型的直流升壓電路，其特征在于，包括:直流電源、倍壓模塊、Boost電路模塊以及負(fù)載模塊;所述直流電源對(duì)多個(gè)倍壓模塊進(jìn)行充電，當(dāng)電壓達(dá)到設(shè)定值后所述倍壓模塊通過Boost電路模塊向負(fù)載模塊提供經(jīng)升壓處理的直流電壓。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型的直流升壓電路，其特征在于，所述倍壓模塊包括:電容、第一單向晶閘管、第二單向晶閘管、雙向晶閘管;所述電容的正極構(gòu)成倍壓模塊的正充電端，電容的負(fù)極構(gòu)成倍壓模塊的負(fù)充電端；電容的正極分別連接至第一單向晶閘管的陽(yáng)極、雙向晶閘管的陽(yáng)極;所述第一單向晶閘管的負(fù)極構(gòu)成倍壓模塊的第一輸出端，電容的負(fù)極連接至第二單向晶閘管的陰極，所述第二單向晶閘管的陽(yáng)極連接至雙向晶閘管的陰極并構(gòu)成倍壓模塊的第二輸出端。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型的直流升壓電路，其特征在于，多個(gè)倍壓模塊依次串聯(lián)構(gòu)成多級(jí)倍壓模塊，即上一級(jí)倍壓模塊的第一輸出端連接下一級(jí)倍壓模塊的正充電端，上一級(jí)倍壓模塊的第二輸出端連接下一級(jí)倍壓模塊的負(fù)充電端。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的新型的直流升壓電路，其特征在于，初級(jí)倍壓模塊的正充電端連接至直流電源的正極，所述初級(jí)倍壓模塊的負(fù)充電端連接至直流電源的負(fù)極;末級(jí)倍壓模塊的第一輸出端連接至Boost電路模塊的第一輸入端，所述末級(jí)倍壓模塊的第二輸出端為非連接端。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的新型的直流升壓電路，其特征在于，所述Boost電路模塊包括:電感L1、二極管Dl、開關(guān)管S1、電解電容E4，所述電感LI的一端構(gòu)成Boost電路模塊的第一輸入端，所述電感LI的另一端分別連接至二極管Dl的正極、開關(guān)管SI的漏極，所述二極管的負(fù)極連接至電解電容E4的正極并構(gòu)成Boos t電路模塊的第一輸出端，所述電解電容E4的負(fù)極分別連接至開關(guān)管SI的源極、直流電源的負(fù)極并構(gòu)成Boost電路模塊的第二輸出端;所述Boost電路模塊的第一輸出端、第二輸出端分別連接至負(fù)載模塊的兩端。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的新型的直流升壓電路，其特征在于，當(dāng)各個(gè)倍壓模塊中的第一單向晶閘管、第二單向晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)，且雙向晶閘管、開關(guān)管SI處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，直流電源對(duì)各個(gè)倍壓模塊中呈并聯(lián)關(guān)系的電容進(jìn)行充電；當(dāng)各個(gè)倍壓模塊中的第一單向晶閘管、第二單向晶閘管處于截止?fàn)顟B(tài)，且雙向晶閘管、開關(guān)管SI處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，各個(gè)倍壓模塊的電容呈串聯(lián)關(guān)系并對(duì)電感LI充電；當(dāng)各個(gè)倍壓模塊中的第一單向晶閘管、第二單向晶閘管、開關(guān)管SI處于截止?fàn)顟B(tài)，且雙向晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，各個(gè)倍壓模塊的電容以及電感LI呈串聯(lián)關(guān)系并對(duì)電解電容E4和負(fù)載模塊供電。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的新型的直流升壓電路，其特征在于，所述開關(guān)管SI為N溝道MOSFET 器件，600V，25A/100°C。
【文檔編號(hào)】H02M3/135GK105915047SQ201610298275
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年5月6日
【發(fā)明人】劉鑫, 劉晨蕾, 王天風(fēng), 邢凱鵬, 董婭韻, 楊喜軍, 唐厚君
【申請(qǐng)人】上海交通大學(xué)