一种新型双级boost升压拓扑结构

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1、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

2、一逆变”结构，升压一般是将蓄电池低电压升压至315V，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

3、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

4、连续导电状态以及临界状态。本文采用连续导电状态。1单级Boost拓扑结构在电路稳定工作时，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

5、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。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0在实际电路设计过程中，由单片机或者DSP等控制芯片

6、来控制两个开关管的开通与关断已经十分普遍。首先由电压检测电路将每级的Boost输入电压进行处理并送入控制芯片，然后由控制芯片根据设计好的程序来输出控制信号。由于蓄电池在放电过程中输出电压会出现一定的波动，故在设计时应该考虑到其输出电压最低时的电路工作情况，设计程序时也应考虑到动态检测每级Boost的输入电压，根据不同时期的不同输入电压来调整输出控制信号的开通占空比，这样才可以保证整个电路持续工作在稳定状态。3仿真验证设蓄电池输出电压为24V〜48V，升压部分将此电压提升至315V。如果采用单级Boost升压电路结构

7、的话，开关管开通占空比将达到0.92，超过了开关管可以稳定工作的0.88的限制，从而容易引起电路的工作不稳定，甚至烧毁开关管。而采用双级的Boost电路，则可先将蓄电池低电压提升至120V后，再提升至315V，这样，第一级的开关管的最大开通占空比为0.8，工作频率为10kHz;由于第一级的输出电压是固定的120V直流电压，所以第二级的开关管的开通占空比固定为0.61，工作频率为10kHz,满足开关管正常工作的条件。利用该双级Boost升压电路进行仿真，第一级输出电压为120V，第二级输出电压为315V，工作功率为1

8、kW，故以100Q电阻来作为负载。令输入电压分别为24V、36V、48V时来观察输出波形，通过计算可知第一级Boost的开通占空比分别为0.8、0.7、0.6，第二级Boost的开通占空比为0.61。利用pspice仿真结果如图4所示。4三种输入电压时的输出其中，（a）图为输入电压为24V时的输出仿真结果，（b）为输入电压为36V时的输出仿真结果，（c）图为