專利名稱：一種直流-直流升壓電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電路技術領域，具體涉及一種直流-直流的升壓電路。
背景技術：
小功率非隔離型光伏并網逆變器由于是屬于居民家用產品，因此，其防護等級高于一般商業(yè)級應用。針對安全性方面歐洲諸多國家對其提出了更高要求，特別針對并網的升壓效率。在現有技術中，一般升壓電路如圖I所示，VT為金屬-氧化物-半導體(M0S，Metal-Oxide-Semiconductor)管，電流通過電感、二極管和電容給負載供電時，由于MOS管 的開關損耗小，導通損耗大，這樣導致了該升壓電路的升壓效率低。

發(fā)明內容
有鑒于此，本發(fā)明實施例提供一種直流-直流升壓電路，用以提高升壓效率。本發(fā)明實施例中提供的直流-直流升壓電路包括開關模塊，諧振模塊，升壓模塊；其中，所述開關模塊，用于通過接收控制脈沖信號來實現所述直流-直流升壓電路中支路的開通或關斷，以控制電流走向；所述諧振模塊，與所述開關模塊相連，用于減少所述直流-直流升壓電路中的能量損失；所述升壓模塊，與所述開關模塊、所述諧振模塊均相連，用于無損吸收并積累充電能量以進行升壓。優(yōu)選的，所述開關模塊包括IGBT管及MOS管，其中，所述MOS管的漏極通過電感與直流電源的正極相連，所述MOS管的源極與所述直流電源的負極相連，所述IGBT管的發(fā)射極與所述直流電源的負極相連。優(yōu)選的，所述諧振模塊包括諧振電感與第一諧振電容，其中，所述諧振電感的一端與所述MOS管的漏極相連，所述諧振電感的另一端與所述IGBT管的集電極相連，所述第一諧振電容的一端與所述MOS管的漏極相連，所述第一諧振電容的另一端與所述MOS管的源極相連。優(yōu)選的，所述升壓模塊包括第一二極管、第二二極管、第三二極管以及第二諧振電容；其中，所述第一二極管的陽極與所述IGBT管的集電極相連，所述第二二極管的陽極與所述MOS管的漏極相連，所述第三二極管的陽極與所述第一二極管的陰極相連，所述第三二極管的陰極與所述第二二極管的陰極相連，所述第二諧振電容的一端與所述第二二極管的陽極相連，所述第二諧振電容的另一端與所述第一二極管的陰極相連。優(yōu)選的，所述電路還包括電容；其中，所述電容的一端與所述第二二極管的陰極、所述三二極管的陰極均相連，所述電容的另一端與所述直流電源的負極、所述MOS管的源極、所述IGBT管的發(fā)射極均相連。 優(yōu)選的，所述MOS管具體為COOL MOS管或碳化硅MOS管。優(yōu)選的，所述IGBT管具體為碳化硅IGBT管。
優(yōu)選的，所述第一二極管具體為碳化硅二極管。從以上技術方案可以看出，本發(fā)明實施例具有以下優(yōu)點開關模塊通過接收控制脈沖信號來實現所述直流-直流升壓電路中支路的開通或關斷，也就是通過控制對不同元器件的充電和放電來控制電流走向；諧振模塊用于減少所述直流-直流升壓電路中的能量損失，提高升壓效率；升壓模塊通過其中諧振電容的充放電特性及二極管的單向導電性，實現無損吸收并積累充電能量以進行升壓。


圖I為現有技術中升壓電路連接圖；圖2為本發(fā)明實施例中的直流-直流升壓電路的一個實施例示意圖；圖3為本發(fā)明實施例中的直流-直流升壓電路的連接關系示意圖；
圖4為本發(fā)明實施例中的直流-直流升壓電路運行時序示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明實施例提供一種直流-直流的升壓電路。以下分別進行詳細說明。請參閱圖2，為本發(fā)明實施例中的直流-直流的升壓電路的一個實施例示意圖，包括 開關模塊101，諧振模塊102，升壓模塊103 ；其中，所述開關模塊101，用于通過接收控制脈沖信號來實現所述直流-直流升壓電路中支路的開通或關斷，以控制電流走向；所述諧振模塊102，與開關模塊101相連，用于減少所述直流-直流升壓電路中的能量損失；所述升壓模塊103，與開關模塊101、諧振模塊102均相連，用于無損吸收并積累充電能量，以進行升壓。具體是通過其中的諧振電容的充放電特性及二極管的單向導電性，實現吸收并積累能量，在原電壓的基礎上將電路升壓。本發(fā)明實施例中，開關模塊101通過接收控制脈沖信號來實現所述直流-直流升壓電路中支路的開通或關斷，也就是通過控制對不同元器件的充電和放電來控制電流走向；諧振模塊102用于減少所述直流-直流升壓電路中的能量損失，提高升壓效率；升壓模塊103通過其中諧振電容的充放電特性及二極管的單向導電性，實現無損吸收并積累充電能量以進行升壓。為便于理解，下面以另一實施例詳細介紹本發(fā)明實施例中的直流-直流升壓電路，請參閱圖3，為本發(fā)明實施例中的直流-直流升壓電路的連接關系示意圖，包括直流電源(DC)、電感、開關模塊、諧振模塊、升壓模塊以及電容。其中，所述電感的一端與直流電源的正極相連，所述電感的另一端與所述開關模塊相連；所述開關模塊包括絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate BipolarTransistor, IGBT)管及MOS管，所述MOS管的漏極通過電感與直流電源的正極相連，所述MOS管的源極與所述直流電源的負極相連，所述IGBT管的發(fā)射極與所述直流電源的負極相連；
所述諧振模塊包括諧振電感與第一諧振電容，其中，所述諧振電感的一端與所述MOS管的漏極相連，所述諧振電感的另一端與所述IGBT管的集電極相連，所述第一諧振電容的一端與所述MOS管的漏極相連，所述第一諧振電容的另一端與所述MOS管的源極相連。所述升壓模塊包括第一二極管、第二二極管、第三二極管以及第二諧振電容，其中，所述第一二極管的陽極與所述IGBT管的集電極相連，所述第二二極管的陽極與所述MOS管的漏極相連，所述第三二極管的陽極與所述第一二極管的陰極相連，所述第三二極管的陰極與所述第二二極管的陰極相連，所述第二諧振電容的一端與所述第二二極管的陽極相連，所述第二諧振電容的另一端與所述第一二極管的陰極相連。具體而言，所述MOS管的漏極與所述第一諧振電容的一端、所述電感的一端、所述諧振電感的一端以及所述第二二極管的陽極相連，所述MOS管的源極與所述直流電源的負極、所述IGBT管的發(fā)射極及所述電容的一端相連；
所述IGBT管的發(fā)射極與所述直流電源的負極、所述MOS管的源極及所述電容的一端相連，所述IGBT管的集電極與所述諧振電感的一端及所述第一二極管的陽極相連；所述諧振電感的一端與所述電感的一端、所述MOS管的漏極、所述第二二極管的陽極、所述第一諧振電容的一端及所述第二諧振電容的一端相連，所述諧振電感的另一端與所述IGBT管的集電極及所述第一二極管的陽極相連；所述電容的一端與所述第二二極管的陰極及所述第三二極管的陰極相連，所述電容的另一端與所述直流電源的負極、所述MOS管的源極、所述IGBT的發(fā)射極相連；所述第二諧振電容的一端與所述第一二極管的陰極及所述第三二極管的陽極相連，所述第二諧振電容的另一端與所述電感的一端、所述諧振電感的一端及所述第二二極管的陽極相連；所述第一諧振電容并聯在所述MOS管兩端，所述第一諧振電容的一端與所述MOS管的漏極相連，所述第一諧振電容的另一端與所述MOS管的源極相連；所述第一二極管的陽極與所述諧振電感的一端及所述IGBT管的集電極相連，所述第一二極管的陰極與所述第二諧振電容的一端及所述第三二極管的陽極相連；所述第二二極管的陽極與所述電感的一端、所述MOS管的漏極、所述第一諧振電容的一端、所述諧振電感的一端及所述第二諧振電容的一端相連，所述第二二極管的陰極與所述第三二極管的陰極及所述電容的一端相連；所述第三二極管的陽極與所述第二諧振電容的一端及所述第一二極管的陰極相連，所述第三二極管的陰極與所述電容的一端及所述第二二極管的陰極相連。進一步地，本實施例中的MOS管可以具體為COOL MOS管或碳化硅MOS管，IGBT管可以具體為碳化硅IGBT管，第一二極管還可以具體為碳化硅二極管。其中，COOL MOS管無需加散熱器即可輸出較大的功率，具有過、欠壓保護、過熱保護及過流保護，并具有自恢復功能；待機狀態(tài)及空載時能自動降低工作頻率，從而降低損耗，以避免可聞噪聲，且電路結構簡單，所需外部元器件少，從而大大減少開關電源的體積和重量。下面介紹本實施例中升壓電路的工作原理，繼續(xù)參閱圖3。在電路的初始狀態(tài)，MOS管與IGBT管均處于關斷狀態(tài)。當接通直流電源后，設初始電壓為IV電感上的電流線性增加，向負載提供能量，同時對電容充電，諧振電感中的初始電流為O，第二諧振電容的初始電壓為IV隨著電感電流增加，第二二極管開通，電容充電電壓達到U。。此時，由于MOS管是關斷的，第一諧振電容相當于兩端分別于電感和電源相連，則第一諧振電容也同時被充電，電壓會達到IV此時，
第一二極管及第三二極管都處于截止狀態(tài)。進一步地，發(fā)出開通控制脈沖信號給IGBT管的柵極，IGBT管的柵極接收開通控制脈沖信號后，IGBT管開通。因為諧振電感的第二連接端與IGBT管的集電極串聯，諧振電感與第一諧振電容組成諧振電路，在第二二極管未關斷前，諧振電感兩端電壓恒為Utl，此時，IGBT管零電流開通，可以降低開關損耗，諧振電感中的電流線性上升。因為電感的值相對諧振電感的值較大，例如，電感可以為I. I毫亨，諧振電感可以為20微亨，電感電流相對恒定，所以第二二極管中的電流隨諧振電感中的電流增加而線性減小。當諧振電流上升到與電感的電流相等時，第二二極管中的電流變?yōu)榱?，實現第二二極管零電流關斷。此后，諧振電感與第一諧振電容發(fā)生諧振，諧振電感中的電流繼續(xù)增加，第一諧振電容兩端電壓將按諧振 規(guī)律下降。在第二二極管關斷期間，負載兩端電壓由電容維持，保持電壓為％。進一步地，當第一諧振電容的電壓諧振到零時，MOS管的柵極接收開通控制脈沖信號，使得MOS管零電壓開通，同時發(fā)出關斷控制脈沖給IGBT管的柵極，此時IGBT管的電壓為零，IGBT管接收該關斷控制信號后可視為零電壓軟關斷，MOS管零電壓開通和IGBT零電壓關斷均可以降低開關損耗。則諧振電感中的能量經第以二極管向第二諧振電容轉移，給第二諧振電容充電，此時第一諧振電容相當于直接并聯在IGBT管兩端，起到鉗制IGBT管兩端電壓上升的作用。當諧振電感為第二諧振電容充電時，同時也通過第三二極管為電容充電，IGBT管在關斷狀態(tài)時兩端電壓達到最高值，諧振電感的電流線性減小，直到諧振電感能量全部釋放，此時，第二諧振電容和電容的兩端電壓均為Utl，利用第一二極管的單向導電性為第二諧振電容無損充電，同時利用第三二極管的單向導電性為電容無損充電。進一步地，由于諧振電路的作用，當諧振電感的能量全部轉移后，第一諧振電容兩端電壓達到最大，此時MOS管是開通的，于是通過MOS管為電感充電，流過MOS管的電流線性增加，而此時電容和第二諧振電容開始放電，此時，第一二極管、第二二極管及第三二極管均處于截止狀態(tài)。此時，發(fā)出關斷控制脈沖關信號給MOS管，MOS管接收到該關斷脈沖信號后進行關斷，由于電感向第一諧振電容充電，電壓上升受到鉗制，所以MOS管的關斷可視為零電壓軟關斷，可以降低開關損耗。進而，直流電源通過電感提供的電壓在增加，第一諧振電容的電壓線性上升，由于第二諧振電容在IGBT管關斷后已經充有電壓Utl，而隨著第一諧振電容的電壓線性上升，由于諧振電感與第一諧振電容發(fā)生諧振，諧振電感的電壓也開始線性上升，又由于諧振電感與第一諧振電容發(fā)生諧振，第二諧振電容的電壓也開始線性上升，第二諧振電容中的能量將通過第三二極管向電容C轉移。當在第二諧振電容與電容之間形成的電壓等勢，即第二諧振電容的電壓在上升過程中與電容的電壓相等時，第二諧振電容中的能量釋放完，此時，電容的電壓是高于初始電壓Utl的，從而提供給負載的電壓升高，完成升壓。本發(fā)明實施例中，在電路中增加一個IGBT管、一個諧振電感、兩個諧振電容及三個二極管，通過控制MOS管和IGBT管的開閉，使得諧振電感在不同時刻與第二諧振電容及第一諧振電容構成諧振電路，并通過二極管的單向導通性，在諧振電容中無損積累能量，并將能量提供給為負載供電的電容，從而完成升壓，提高升壓效率，同時，由于電路中的MOS管為COOL MOS管或碳化硅MOS管，IGBT管為碳化硅IGBT管，開關損耗小且導通損耗也小，且第一二極管為專用于升壓的碳化硅二極管，從而提高升壓效率，并且減小整機散熱量。為便于理解，請參閱圖4，為本實施例電路運行時各電路元件參數的時序圖，其中縱坐標各參數的含義分別為UgsVTl為MOS管的柵極源極間電壓；UgeVT2為IGBT管的柵極發(fā)射極間電壓；Ucei為第一諧振電容的電壓；UceVT2為IGBT管的集電極發(fā)射極間電壓；ILr為諧振電感的電流；
Uvd2為第二二極管的電壓；Ivd2為第二二極管的電流；Uck為第二諧振電容的電壓。具體地I)在初始時刻h前，MOS管與IGBT管處于關斷狀態(tài)；當接通直流電源后，設初始電壓為IV電容向負載端提供能量，向負載兩端輸出電壓為U。。由于諧振電感LR的阻礙電流作用，其電流初始狀態(tài)為0，此時，由于MOS管是關斷的，第一諧振電容相當于兩端分別于電感和電源相連，則第一諧振電容充電后電壓也為Utl,第二二極管開通，而第一二極管、第三二極管都處于截止狀態(tài)；2) (Vt1)時段，在h時刻先開通IGBT管，因為有諧振電感與IGBT管串聯，由于諧振電感也阻礙通過電流的增大，所以在第二二極管未關斷前，諧振電感兩端電壓恒為u0O IGBT管零電流開通后，諧振電感的電流L線性上升，因為電感的值相對諧振電感的值較大，因此電感電流相對恒定，所以第二二極管中的電流隨諧振電感的電流增加而線性減小;3) (trt2)時段，在&時刻，諧振電感的電流上升到與電感的電流相等時，第二二極管中的電流為零，實現第二二極管零電流關斷。此后，諧振電感與第一諧振電容發(fā)生諧振，諧振電感的電流L繼續(xù)增加，第一諧振電容兩端電壓將按諧振規(guī)律下降。第二二極管關斷期間，負載兩端電壓由電容維持在Utl ；4) (t2-t3)時段，t2時刻，第一諧振電容的電壓Ucm諧振到零時，發(fā)出開通控制脈沖信號，使得第一二極管零電壓開通，同時發(fā)送關閉控制脈沖信號，關斷IGBT管，IGBT管接收該關閉控制脈沖信號，實現零電壓軟關斷。諧振電感中的能量經第一二極管向第二諧振電容轉移，向MOS管發(fā)送開通控制脈沖信號，MOS管接收該開通控制脈沖信號后開通，則第一諧振電容相當于直接并聯在IGBT管兩端，諧振電容的特性使得IGBT管兩端電壓上升受到鉗制；5) (t3-t4)時段，諧振電感向第二諧振電容充電，且第三二極管導通，IGBT管兩端電壓達到最高值，此后諧振電感的電流L線性減小，直到諧振電感能量全部釋放；6) (t4-t5)時段，t4時刻，向MOS管發(fā)送開通控制脈沖信號，MOS管接收到該開通控制脈沖信號后開通，向IGBT管發(fā)送關斷控制脈沖信號，IGBT管接收到該關斷控制脈沖信號后關斷，此時，通過MOS管向電感提供能量，流過MOS管的電流Ivn線性增加，電路中所有二極管均處于截止狀態(tài)；
7) (t5-t6)時段，t5時刻，向MOS管發(fā)送關斷控制脈沖信號，MOS管接收該關斷控制脈沖信號后關斷，在第二二極管導通前，電感向第一諧振電容充電，而第一諧振電容中電壓上升受到鉗制，MOS管的關斷可視為零電壓軟關斷。第二諧振電容在IGBT管關斷后已經充有電壓Uo，所以隨著Ucri的上升，第二諧振電容CR中的能量將通過第二二極管向電容C轉移。當第二諧振電容中電SUm上升到與UO相等時，第二諧振電容中的能量釋放完，第三二極管截止，第二二極管導通；8) t6時刻后，等下一個工作周期來到時，IGBT管再次開通，進入下一循環(huán)周期。以上各階段的直流-直流升壓電路的具體工作原理可參見上述圖3所示實施例中的內容。以上對本發(fā)明實施例所提供的直流-直流升壓電路進行了詳細介紹，本文中應用
了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的技術人員，依據本發(fā)明的思想，在具體實施方式
及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發(fā)明的限制。
權利要求
1.一種直流-直流升壓電路，其特征在于，包括 開關模塊，諧振模塊，升壓模塊； 其中，所述開關模塊，用于通過接收控制脈沖信號來實現所述直流-直流升壓電路中支路的開通或關斷，以控制電流走向； 所述諧振模塊，與所述開關模塊相連，用于減少所述直流-直流升壓電路中的能量損失; 所述升壓模塊，與所述開關模塊、所述諧振模塊均相連，用于無損吸收并積累充電能量以進行升壓。
2.根據權利要求I所述的電路，其特征在于，所述開關模塊包括IGBT管及MOS管，其中，所述MOS管的漏極通過電感與直流電源的正極相連，所述MOS管的源極與所述直流電源的負極相連，所述IGBT管的發(fā)射極與所述直流電源的負極相連。
3.根據權利要求2所述的電路，其特征在于，所述諧振模塊包括諧振電感與第一諧振電容，其中，所述諧振電感的一端與所述MOS管的漏極相連，所述諧振電感的另一端與所述IGBT管的集電極相連，所述第一諧振電容的一端與所述MOS管的漏極相連，所述第一諧振電容的另一端與所述MOS管的源極相連。
4.根據權利要求2或3所述的電路，其特征在于，所述升壓模塊包括第一二極管、第二二極管、第三二極管以及第二諧振電容； 其中，所述第一二極管的陽極與所述IGBT管的集電極相連，所述第二二極管的陽極與所述MOS管的漏極相連，所述第三二極管的陽極與所述第一二極管的陰極相連，所述第三二極管的陰極與所述第二二極管的陰極相連，所述第二諧振電容的一端與所述第二二極管的陽極相連，所述第二諧振電容的另一端與所述第一二極管的陰極相連。
5.根據權利要求4所述的電路，其特征在于，所述電路還包括電容； 其中，所述電容的一端與所述第二二極管的陰極、所述三二極管的陰極均相連，所述電容的另一端與所述直流電源的負極、所述MOS管的源極、所述IGBT管的發(fā)射極均相連。
6.根據權利要求2所述的電路，其特征在于， 所述MOS管具體為COOL MOS管或碳化硅MOS管。
7.根據權利要求2所述的電路，其特征在于， 所述IGBT管具體為碳化硅IGBT管。
8.根據權利要求4所述的電路，其特征在于， 所述第一二極管具體為碳化硅二極管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種直流-直流升壓電路，包括開關模塊、諧振模塊、升壓模塊。開關模塊用于通過接收控制脈沖信號來實現直流-直流升壓電路中支路的開通或關斷，以控制電流走向，諧振模塊與開關模塊相連，用于減少直流-直流升壓電路中的能量損失，升壓模塊與開關模塊、諧振模塊均相連，用于無損吸收并積累充電能量以進行升壓。本發(fā)明的技術方案能提高升壓效率。
文檔編號H02M3/07GK102843029SQ201210349199
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月19日 優(yōu)先權日2012年9月19日
發(fā)明者李適如 申請人:深圳市英威騰電氣股份有限公司