[发明专利]一种三电平Boost变换器

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，涉及一种三电平Boost变换器。

背景技术

Boost变换器是一种开关直流升压电路，三电平Boost变换器相比两电平Boost变换器，器件的电压应力降低一半，因此应用范围很广，三电平Boost电路最初为典型的PWM硬开关电路，后来为了提升动态特性、降低磁性元件体积，提高电路效率，逐渐发展出多种软开关变形电路；但由于软开关电路必须增加额外的器件才能实现，导致成本增加、控制难度增大等问题，因此在实际应用中，PWM控制的硬开关三电平Boost变换器仍然具有很大的应用价值，但是传统的三电平Boost变换器控制两个交错驱动，通常情况下，开关管的驱动频率往往达到数十kHz，多数在20kHz～40kHz，而由于开关管频率固定不变，导致三电平Boost变换器的开关损耗大大增加。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种三电平Boost变换器，采用合理的结构设计，在不增加额外的器件的情况下，大大降低硬开关PWM控制Boost电路的损耗。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是，一种三电平Boost变换器，包括电源Vs，电源Vs的正极连接第一电感L1的一端，第一电感L1的另一端分别连接第一开关管Q1的漏极和第一二极管D1的正极，第一二极管D1的负极连接第一电容C1的输入端，第一电容C1的输出端分别连接第一开关管Q1的源极和衬底、第二开关管Q2的漏极以及第二电容C2的输入端，第二电容C2的输出端连接第二二极管D2的正极，第二二极管D2的负极分别连接有第二开关管Q2的源极以及电源Vs的负极；所述第一二极管D1的负极和电源Vs的正极分别连接至采样电路的第一输入端和第二输入端，采样电路的输出端连接至控制器的输入端，控制器的输出端连接至驱动单元的输入端，驱动单元的第一输出端和第二输出端分别连接至第一开关管Q1的栅极和第二开关管Q2的栅极。

进一步的，所述第二二极管D2的负极通过第二电感L2接入电源Vs的负极。

进一步的，所述电源Vs为铅酸电池或锂电池。

进一步的，所述电感均采用铁硅铝材质的磁环。

本发明的方案中，采样电路得到输出电压Vo、输出电流Io和输入电源Vs，送入控制器，根据存储在控制器中的由具体磁性材料计算所得的Vs与开关管工作频率的关系，控制器输出该Vs时，开关管对应的占空比，控制驱动单元输出的驱动频率f；在该驱动频率f下，控制器判断输出电压Vo或输出电流Io的值是否和控制器需求的值一致，如果大于需求值，减小驱动单元输出的占空比D，如果小于需求值，增加驱动单元输出的占空比D。

硬开关Boost电路的损耗由开关损耗和导通损耗两部分组成，本发明主要针对以铅酸电池、锂电池等电池作为电源的Boost电路，电池电压在电路工作过程中会逐渐降低，本发明的三电平Boost变换器通过合理的结构设计，使电路的开关频率随输入电压的减小和逐步降低，通过降低开关频率大大减小开关损耗，从而实现降低整个电路损耗的目的。

进一步的，本发明在电路中增加一个第二电感L2，增加第二电感L2后，单个电感的匝数可以降低，第一电感L1和第二电感L2的总感量相对于传统电路中的电感有所减少，但是跌落降低的比例更小，因此可获得更低的开关频率f。

附图说明

图1是本发明三电平Boost变换器原理图。

图2是本发明实施原理图中关键点波形图。

图3是本发明实际参数举例中的频率与输入电压关系曲线。

图4是本发明铁硅铝磁芯磁场强度与跌落系数的关系曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。