王海超+周繼軍

摘 要 傳統(tǒng)的單級(jí)Boost升壓電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)升壓幅度有限，不適用于升壓幅度較大的場(chǎng)合。本文提出了一種新型雙級(jí)Boost升壓電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它由兩組單獨(dú)的單級(jí)Boost升壓電路組合而成，可以有效的解決該問(wèn)題。仿真結(jié)果證明了這種新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的有效性。

關(guān)鍵詞 雙級(jí)Boost升壓變換；拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；pspice仿真；逆變升壓

中圖分類號(hào)：TM461 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）05-0054-03

隨著社會(huì)的發(fā)展，逆變電源在人們的生活中扮演者越來(lái)越重要的角色。在逆變電源中經(jīng)常采用“升壓—逆變”結(jié)構(gòu)，升壓一般是將蓄電池低電壓升壓至315 V，再經(jīng)逆變、濾波器濾波而得到工頻電壓。升壓部分有很多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，例如推挽式、Boost式等升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

Boost拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的硬件電路比較簡(jiǎn)單，升壓電感的設(shè)計(jì)也較為容易，且轉(zhuǎn)換效率也比較高，大部分Boost電路轉(zhuǎn)換效率都在0.92以上，因此在需要升壓場(chǎng)合下應(yīng)用較為廣泛。但是單級(jí)Boost升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的升壓比較小，如果升壓幅度較大，就比較容易使開(kāi)關(guān)管開(kāi)通占空比較大，甚至接近于1。但是Boost電路一般是不允許開(kāi)通占空比超過(guò)0.88的，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)管在開(kāi)通占空比超過(guò)0.88后將失去升壓作用，況且較大的開(kāi)通占空比會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)管的溫升和損耗過(guò)大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)管損壞以至于整個(gè)電路無(wú)法正常工作。實(shí)際上開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通占空比一般不超過(guò)0.85。

目前很多升壓幅度較大，但功率不太大的場(chǎng)合下會(huì)優(yōu)先采用推挽式變換器來(lái)實(shí)現(xiàn)升壓，但是在大功率場(chǎng)合下，Boost升壓器仍然是首選的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。本文提出的一種雙級(jí)的Boost升壓電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以有效的解決單級(jí)Boost電路的升壓幅度有限問(wèn)題，并且更適用于大功率場(chǎng)合。

1 單級(jí)Boost升壓電路

傳統(tǒng)單級(jí)Boost電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，有3種工作模式：連續(xù)導(dǎo)電狀態(tài)、不連續(xù)導(dǎo)電狀態(tài)以及臨界狀態(tài)。本文采用連續(xù)導(dǎo)電狀態(tài)。

圖1 單級(jí)Boost拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

在電路穩(wěn)定工作時(shí)，其工作過(guò)程分為如下兩個(gè)步驟。

1）開(kāi)關(guān)S處于A狀態(tài)時(shí)，流經(jīng)儲(chǔ)能電感L的電流線性增大。由于二極管D此時(shí)不導(dǎo)通，電容器C只能經(jīng)由負(fù)載放電，向負(fù)載提供續(xù)流，維持負(fù)載上的輸出電壓Vo不變。當(dāng)電感電流增大到一定程度時(shí)，開(kāi)關(guān)S由狀態(tài)A變?yōu)闋顟B(tài)B。

2）開(kāi)關(guān)S處于B狀態(tài)時(shí)，儲(chǔ)能電感L內(nèi)電流逐漸變小，同時(shí)儲(chǔ)能電感L兩端產(chǎn)生一個(gè)正向電動(dòng)勢(shì)，并使二極管D導(dǎo)通，儲(chǔ)能電感L產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與直流電源電壓疊加，同時(shí)作用在電容器C與負(fù)載上，為電容器C充電，并向負(fù)載提供一個(gè)高于直流電源的電壓Vo。當(dāng)經(jīng)過(guò)儲(chǔ)能電感L的電流減小的一定程度時(shí)控制開(kāi)關(guān)S轉(zhuǎn)換到A狀態(tài)，然后重復(fù)步驟1）和步驟2）。

負(fù)載波形如圖2中Vo所示。

圖2 單級(jí)Boost開(kāi)關(guān)狀態(tài)及輸出波形圖

其中，Ts為開(kāi)關(guān)周期，Vs為開(kāi)關(guān)狀態(tài)，設(shè)開(kāi)關(guān)在A狀態(tài)時(shí)為“1”（表示實(shí)際電路中開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通），在B狀態(tài)時(shí)為“0”（表示實(shí)際電路中開(kāi)關(guān)管關(guān)斷），Vo為輸出電壓波形，ton為開(kāi)通時(shí)間且有

（1）

單級(jí)Boost電路的輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系如下：

（2）

其中，D為開(kāi)通占空比，一般來(lái)說(shuō)應(yīng)滿足0

2 雙級(jí)Boost升壓電路

2.1 雙級(jí)Boost拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

雙級(jí)Boost升壓電路就是將由單級(jí)Boost電路完成的任務(wù)換成由雙級(jí)串聯(lián)的單級(jí)Boost電路來(lái)完成的電路。其原理圖拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 雙級(jí)Boost升壓拓?fù)?/p>

該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由兩組Boost結(jié)構(gòu)串聯(lián)構(gòu)成。圖中，直流電源DC、L1、S1及C1組成第一級(jí)Boost升壓結(jié)構(gòu)，L2、S2及C2組成第二級(jí)Boost升壓結(jié)構(gòu)，負(fù)載上電壓作為輸出電壓Vo。其工作原理為，先由第一級(jí)將低級(jí)電壓Vi變換成較為合適的中級(jí)電壓Vm，再由第二級(jí)將中級(jí)電壓變換成為需要的高級(jí)電壓Vo并輸出。由于每一級(jí)都有可以相當(dāng)于一個(gè)單級(jí)的Boost電路，所以該電路比單級(jí)的Boost有更大的升壓空間。

2.2 雙級(jí)Boost電路工作過(guò)程

由圖2可知，單級(jí)Boost負(fù)載上的電壓處于比直流電源較高的水平，并且比較穩(wěn)定，可以當(dāng)作另外一個(gè)直流電源來(lái)看待。如此，在該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，第二級(jí)Boost電路即可再次對(duì)第一級(jí)Boost的輸出電壓進(jìn)行提升，使輸出電壓達(dá)到一個(gè)更高的水平。

設(shè)第一級(jí)Boost升壓電路的開(kāi)通占空比為D1，第二級(jí)Boost升壓電路的開(kāi)通占空比為D2，輸入電壓為Vi，中級(jí)電壓為Vm，輸出電壓為Vo，則有如下關(guān)系：

（3）

（4）

所以，

（5）

2.3 與傳統(tǒng)單級(jí)Boost電路的比較

由于兩級(jí)的開(kāi)通占空比D1、D2是獨(dú)立的，D1、D2均可達(dá)到一個(gè)較大的值，因此由（5）式可以看出，當(dāng)輸入電壓固定時(shí)，雙級(jí)的Boost電路可以更容易達(dá)到更高的輸出電壓。

另一方面，當(dāng)輸入電壓和輸出電壓均已知且固定，而整個(gè)電路需要一個(gè)較大的升壓幅度時(shí)，單級(jí)Boost電路的開(kāi)通占空比較大且固定，若是升壓幅度特別大，此電路開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通占空比將會(huì)超過(guò)0.88，從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)。而雙級(jí)Boost電路則可以通過(guò)設(shè)置一個(gè)合適的中級(jí)電壓Vm，有效的將整體電路的升壓負(fù)擔(dān)分給兩級(jí)，使每級(jí)Boost電路都可以工作于較小的開(kāi)通占空比。相比單級(jí)Boost電路的大開(kāi)通占空比而言，可以有效的保證整個(gè)電路的可靠性。其次較小的開(kāi)通占空比可以有效的降低開(kāi)關(guān)管的損耗和發(fā)熱量，有利于維持整個(gè)電路的穩(wěn)定性。另外中級(jí)電壓Vm的合理設(shè)置也使整體電路的設(shè)計(jì)更加靈活，可以滿足不同電路的需要。

在實(shí)際電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，由單片機(jī)或者DSP等控制芯片來(lái)控制兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通與關(guān)斷已經(jīng)十分普遍。首先由電壓檢測(cè)電路將每級(jí)的Boost輸入電壓進(jìn)行處理并送入控制芯片，然后由控制芯片根據(jù)設(shè)計(jì)好的程序來(lái)輸出控制信號(hào)。由于蓄電池在放電過(guò)程中輸出電壓會(huì)出現(xiàn)一定的波動(dòng)，故在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮到其輸出電壓最低時(shí)的電路工作情況，設(shè)計(jì)程序時(shí)也應(yīng)考慮到動(dòng)態(tài)檢測(cè)每級(jí)Boost的輸入電壓，根據(jù)不同時(shí)期的不同輸入電壓來(lái)調(diào)整輸出控制信號(hào)的開(kāi)通占空比，這樣才可以保證整個(gè)電路持續(xù)工作在穩(wěn)定狀態(tài)。

3 仿真驗(yàn)證

設(shè)蓄電池輸出電壓為24 V～48 V，升壓部分將此電壓提升至315 V。如果采用單級(jí)Boost升壓電路結(jié)構(gòu)的話，開(kāi)關(guān)管開(kāi)通占空比將達(dá)到0.92，超過(guò)了開(kāi)關(guān)管可以穩(wěn)定工作的0.88的限制，從而容易引起電路的工作不穩(wěn)定，甚至燒毀開(kāi)關(guān)管。而采用雙級(jí)的Boost電路，則可先將蓄電池低電壓提升至120 V后，再提升至315 V，這樣，第一級(jí)的開(kāi)關(guān)管的最大開(kāi)通占空比為0.8，工作頻率為10 kHz；由于第一級(jí)的輸出電壓是固定的120 V直流電壓，所以第二級(jí)的開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通占空比固定為0.61，工作頻率為10 kHz，滿足開(kāi)關(guān)管正常工作的條件。

利用該雙級(jí)Boost升壓電路進(jìn)行仿真，第一級(jí)輸出電壓為120 V，第二級(jí)輸出電壓為315 V，工作功率為1 kW，故以100 Ω電阻來(lái)作為負(fù)載。令輸入電壓分別為24 V、36 V、48 V時(shí)來(lái)觀察輸出波形，通過(guò)計(jì)算可知第一級(jí)Boost的開(kāi)通占空比分別為0.8、0.7、0.6，第二級(jí)Boost的開(kāi)通占空比為0.61。利用pspice仿真結(jié)果如圖4所示。

圖4 三種輸入電壓時(shí)的輸出

其中，（a）圖為輸入電壓為24 V時(shí)的輸出仿真結(jié)果，（b）圖為輸入電壓為36 V時(shí)的輸出仿真結(jié)果，（c）圖為輸入電壓為48 V時(shí)的輸出仿真結(jié)果。

下面那條線為第一級(jí)Boost的輸出電壓，在3張圖中，穩(wěn)定時(shí)均為120 V，與預(yù)期結(jié)果要求相符；上面那條線為第二級(jí)Boost的輸出電壓，在3張圖中，穩(wěn)定時(shí)均為315 V，也與預(yù)期結(jié)果要求相符。

通過(guò)觀察仿真結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，輸入電壓越高，整個(gè)電路進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)越快，因此在啟動(dòng)整個(gè)電路時(shí)最好使用較高的電壓。在進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后，雖然由于蓄電池的放電，蓄電池輸出電壓會(huì)出現(xiàn)一定的波動(dòng)，但是變化速率相對(duì)說(shuō)來(lái)還是比較慢的，而通過(guò)單片機(jī)或DSP等控制芯片的實(shí)時(shí)控制，可以很快的調(diào)整開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通占空比，使電路輸出電壓不至于受到蓄電池輸出電壓波動(dòng)的干擾而產(chǎn)生變化，從而使輸出電壓穩(wěn)定。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種兩級(jí)Boost升壓變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主要用于大功率逆變器的升壓部分。相比于單級(jí)Boost拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，本結(jié)構(gòu)可有效的解決傳統(tǒng)單級(jí)Boost不能大幅度的提升電壓的問(wèn)題。由于本結(jié)構(gòu)中的每一級(jí)Boost都可以當(dāng)作單獨(dú)的單級(jí)Boost來(lái)看，故提升電壓幅度大大增加；當(dāng)輸入電壓、輸出電壓固定時(shí)，可以通過(guò)合理設(shè)置中級(jí)電壓，實(shí)現(xiàn)每級(jí)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通占空比都處于較小的值，從而保證電路可以可靠的工作。

本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的一個(gè)缺點(diǎn)是進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間較長(zhǎng)，且伴隨有較大的高壓脈沖在使用時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)。

1）在允許范圍內(nèi)盡可能使用較高的電壓?jiǎn)?dòng)。通過(guò)分析可知整個(gè)電路拓?fù)湓谳^高輸入電壓時(shí)進(jìn)入狀態(tài)較快。由于使用單片機(jī)或DSP等控制芯片對(duì)直流電源輸出電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并相應(yīng)的進(jìn)行開(kāi)關(guān)管開(kāi)通占空比的調(diào)整，此過(guò)程相對(duì)于蓄電池輸出電壓變化的速率來(lái)說(shuō)是相當(dāng)迅速的。因此當(dāng)電路進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后，單片機(jī)或DSP等控制芯片就可以迅速的調(diào)整控制信號(hào)的輸出，從而保證了輸出電壓的穩(wěn)定。

2）而高壓脈沖就要求使用本結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)注意防止高壓脈沖對(duì)整個(gè)電路的沖擊及影響。

參考文獻(xiàn)

[1]蘇婷，王金梅，臺(tái)流臣.單相光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的研究[J].新能源，2012（03）：51-52.

[2]劉國(guó)海，吳犇，金科，廖志凌.光伏發(fā)電系統(tǒng)中高升壓比DC-DC變換器[J].南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，44（1）：25-31.

[3]朱代祥.單相正弦脈寬調(diào)制逆變電源的設(shè)計(jì)[D].成都：四川大學(xué)，2004：14-15.

[4]趙有以，楊美君，孫佳成，王建民.基于STM32系列單片機(jī)的數(shù)控正弦波逆變電源設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2012，20（23）：134-136.

[5]張占松，蔡宣三.開(kāi)關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)（修訂版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.

[6]方宇，馬旭東.一種新型耦合電感式雙Boost光伏微逆變器拓?fù)浞治鯷J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011，35（03）：32-37.

[7]金鑫.高性能逆變電源的研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2004.

[8]吳建進(jìn).基于DSP的一種純正弦逆變電源的研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2011.

[9]宋淑蘋(píng).基于SPWM技術(shù)的獨(dú)立逆變電源設(shè)計(jì)[D].保定：河北大學(xué)，2011.

[10]梁晨隴.一種基于新型斜坡補(bǔ)償電路的BOOST驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)[D].成都：電子科技大學(xué)，2009.

[11]張立.現(xiàn)代電力電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2003：129-133.

[12]李龍文.DC-DC變換技術(shù)的現(xiàn)狀及未來(lái)[J].電源世界，2007（03）：1-6.

[13]劉金虎，阿城繼電器股份有限公司火電公司.閥控鉛酸蓄電池放電特性研究[J].電源世界，2005（6）：41-43.

[14]郝琇，鄭克文.密封鉛酸蓄電池放電電壓的變化[J].船電技術(shù)，2004（1）：46-47.

作者簡(jiǎn)介

王海超（1989-），河南省鶴壁市淇縣人，碩士研究生在讀，主要研究方向：逆變電源及硬件的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)。endprint

在實(shí)際電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，由單片機(jī)或者DSP等控制芯片來(lái)控制兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通與關(guān)斷已經(jīng)十分普遍。首先由電壓檢測(cè)電路將每級(jí)的Boost輸入電壓進(jìn)行處理并送入控制芯片，然后由控制芯片根據(jù)設(shè)計(jì)好的程序來(lái)輸出控制信號(hào)。由于蓄電池在放電過(guò)程中輸出電壓會(huì)出現(xiàn)一定的波動(dòng)，故在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮到其輸出電壓最低時(shí)的電路工作情況，設(shè)計(jì)程序時(shí)也應(yīng)考慮到動(dòng)態(tài)檢測(cè)每級(jí)Boost的輸入電壓，根據(jù)不同時(shí)期的不同輸入電壓來(lái)調(diào)整輸出控制信號(hào)的開(kāi)通占空比，這樣才可以保證整個(gè)電路持續(xù)工作在穩(wěn)定狀態(tài)。

3 仿真驗(yàn)證

設(shè)蓄電池輸出電壓為24 V～48 V，升壓部分將此電壓提升至315 V。如果采用單級(jí)Boost升壓電路結(jié)構(gòu)的話，開(kāi)關(guān)管開(kāi)通占空比將達(dá)到0.92，超過(guò)了開(kāi)關(guān)管可以穩(wěn)定工作的0.88的限制，從而容易引起電路的工作不穩(wěn)定，甚至燒毀開(kāi)關(guān)管。而采用雙級(jí)的Boost電路，則可先將蓄電池低電壓提升至120 V后，再提升至315 V，這樣，第一級(jí)的開(kāi)關(guān)管的最大開(kāi)通占空比為0.8，工作頻率為10 kHz；由于第一級(jí)的輸出電壓是固定的120 V直流電壓，所以第二級(jí)的開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通占空比固定為0.61，工作頻率為10 kHz，滿足開(kāi)關(guān)管正常工作的條件。

利用該雙級(jí)Boost升壓電路進(jìn)行仿真，第一級(jí)輸出電壓為120 V，第二級(jí)輸出電壓為315 V，工作功率為1 kW，故以100 Ω電阻來(lái)作為負(fù)載。令輸入電壓分別為24 V、36 V、48 V時(shí)來(lái)觀察輸出波形，通過(guò)計(jì)算可知第一級(jí)Boost的開(kāi)通占空比分別為0.8、0.7、0.6，第二級(jí)Boost的開(kāi)通占空比為0.61。利用pspice仿真結(jié)果如圖4所示。

圖4 三種輸入電壓時(shí)的輸出

其中，（a）圖為輸入電壓為24 V時(shí)的輸出仿真結(jié)果，（b）圖為輸入電壓為36 V時(shí)的輸出仿真結(jié)果，（c）圖為輸入電壓為48 V時(shí)的輸出仿真結(jié)果。

下面那條線為第一級(jí)Boost的輸出電壓，在3張圖中，穩(wěn)定時(shí)均為120 V，與預(yù)期結(jié)果要求相符；上面那條線為第二級(jí)Boost的輸出電壓，在3張圖中，穩(wěn)定時(shí)均為315 V，也與預(yù)期結(jié)果要求相符。

通過(guò)觀察仿真結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，輸入電壓越高，整個(gè)電路進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)越快，因此在啟動(dòng)整個(gè)電路時(shí)最好使用較高的電壓。在進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后，雖然由于蓄電池的放電，蓄電池輸出電壓會(huì)出現(xiàn)一定的波動(dòng)，但是變化速率相對(duì)說(shuō)來(lái)還是比較慢的，而通過(guò)單片機(jī)或DSP等控制芯片的實(shí)時(shí)控制，可以很快的調(diào)整開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通占空比，使電路輸出電壓不至于受到蓄電池輸出電壓波動(dòng)的干擾而產(chǎn)生變化，從而使輸出電壓穩(wěn)定。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種兩級(jí)Boost升壓變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主要用于大功率逆變器的升壓部分。相比于單級(jí)Boost拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，本結(jié)構(gòu)可有效的解決傳統(tǒng)單級(jí)Boost不能大幅度的提升電壓的問(wèn)題。由于本結(jié)構(gòu)中的每一級(jí)Boost都可以當(dāng)作單獨(dú)的單級(jí)Boost來(lái)看，故提升電壓幅度大大增加；當(dāng)輸入電壓、輸出電壓固定時(shí)，可以通過(guò)合理設(shè)置中級(jí)電壓，實(shí)現(xiàn)每級(jí)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通占空比都處于較小的值，從而保證電路可以可靠的工作。

本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的一個(gè)缺點(diǎn)是進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間較長(zhǎng)，且伴隨有較大的高壓脈沖在使用時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)。

1）在允許范圍內(nèi)盡可能使用較高的電壓?jiǎn)?dòng)。通過(guò)分析可知整個(gè)電路拓?fù)湓谳^高輸入電壓時(shí)進(jìn)入狀態(tài)較快。由于使用單片機(jī)或DSP等控制芯片對(duì)直流電源輸出電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并相應(yīng)的進(jìn)行開(kāi)關(guān)管開(kāi)通占空比的調(diào)整，此過(guò)程相對(duì)于蓄電池輸出電壓變化的速率來(lái)說(shuō)是相當(dāng)迅速的。因此當(dāng)電路進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后，單片機(jī)或DSP等控制芯片就可以迅速的調(diào)整控制信號(hào)的輸出，從而保證了輸出電壓的穩(wěn)定。

2）而高壓脈沖就要求使用本結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)注意防止高壓脈沖對(duì)整個(gè)電路的沖擊及影響。

參考文獻(xiàn)

[1]蘇婷，王金梅，臺(tái)流臣.單相光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的研究[J].新能源，2012（03）：51-52.

[2]劉國(guó)海，吳犇，金科，廖志凌.光伏發(fā)電系統(tǒng)中高升壓比DC-DC變換器[J].南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，44（1）：25-31.

[3]朱代祥.單相正弦脈寬調(diào)制逆變電源的設(shè)計(jì)[D].成都：四川大學(xué)，2004：14-15.

[4]趙有以，楊美君，孫佳成，王建民.基于STM32系列單片機(jī)的數(shù)控正弦波逆變電源設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2012，20（23）：134-136.

[5]張占松，蔡宣三.開(kāi)關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)（修訂版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.

[6]方宇，馬旭東.一種新型耦合電感式雙Boost光伏微逆變器拓?fù)浞治鯷J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011，35（03）：32-37.

[7]金鑫.高性能逆變電源的研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2004.

[8]吳建進(jìn).基于DSP的一種純正弦逆變電源的研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2011.

[9]宋淑蘋(píng).基于SPWM技術(shù)的獨(dú)立逆變電源設(shè)計(jì)[D].保定：河北大學(xué)，2011.

[10]梁晨隴.一種基于新型斜坡補(bǔ)償電路的BOOST驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)[D].成都：電子科技大學(xué)，2009.

[11]張立.現(xiàn)代電力電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2003：129-133.

[12]李龍文.DC-DC變換技術(shù)的現(xiàn)狀及未來(lái)[J].電源世界，2007（03）：1-6.

[13]劉金虎，阿城繼電器股份有限公司火電公司.閥控鉛酸蓄電池放電特性研究[J].電源世界，2005（6）：41-43.

[14]郝琇，鄭克文.密封鉛酸蓄電池放電電壓的變化[J].船電技術(shù)，2004（1）：46-47.

作者簡(jiǎn)介

王海超（1989-），河南省鶴壁市淇縣人，碩士研究生在讀，主要研究方向：逆變電源及硬件的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)。endprint

在實(shí)際電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，由單片機(jī)或者DSP等控制芯片來(lái)控制兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通與關(guān)斷已經(jīng)十分普遍。首先由電壓檢測(cè)電路將每級(jí)的Boost輸入電壓進(jìn)行處理并送入控制芯片，然后由控制芯片根據(jù)設(shè)計(jì)好的程序來(lái)輸出控制信號(hào)。由于蓄電池在放電過(guò)程中輸出電壓會(huì)出現(xiàn)一定的波動(dòng)，故在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮到其輸出電壓最低時(shí)的電路工作情況，設(shè)計(jì)程序時(shí)也應(yīng)考慮到動(dòng)態(tài)檢測(cè)每級(jí)Boost的輸入電壓，根據(jù)不同時(shí)期的不同輸入電壓來(lái)調(diào)整輸出控制信號(hào)的開(kāi)通占空比，這樣才可以保證整個(gè)電路持續(xù)工作在穩(wěn)定狀態(tài)。

3 仿真驗(yàn)證

設(shè)蓄電池輸出電壓為24 V～48 V，升壓部分將此電壓提升至315 V。如果采用單級(jí)Boost升壓電路結(jié)構(gòu)的話，開(kāi)關(guān)管開(kāi)通占空比將達(dá)到0.92，超過(guò)了開(kāi)關(guān)管可以穩(wěn)定工作的0.88的限制，從而容易引起電路的工作不穩(wěn)定，甚至燒毀開(kāi)關(guān)管。而采用雙級(jí)的Boost電路，則可先將蓄電池低電壓提升至120 V后，再提升至315 V，這樣，第一級(jí)的開(kāi)關(guān)管的最大開(kāi)通占空比為0.8，工作頻率為10 kHz；由于第一級(jí)的輸出電壓是固定的120 V直流電壓，所以第二級(jí)的開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通占空比固定為0.61，工作頻率為10 kHz，滿足開(kāi)關(guān)管正常工作的條件。

利用該雙級(jí)Boost升壓電路進(jìn)行仿真，第一級(jí)輸出電壓為120 V，第二級(jí)輸出電壓為315 V，工作功率為1 kW，故以100 Ω電阻來(lái)作為負(fù)載。令輸入電壓分別為24 V、36 V、48 V時(shí)來(lái)觀察輸出波形，通過(guò)計(jì)算可知第一級(jí)Boost的開(kāi)通占空比分別為0.8、0.7、0.6，第二級(jí)Boost的開(kāi)通占空比為0.61。利用pspice仿真結(jié)果如圖4所示。

圖4 三種輸入電壓時(shí)的輸出

其中，（a）圖為輸入電壓為24 V時(shí)的輸出仿真結(jié)果，（b）圖為輸入電壓為36 V時(shí)的輸出仿真結(jié)果，（c）圖為輸入電壓為48 V時(shí)的輸出仿真結(jié)果。

下面那條線為第一級(jí)Boost的輸出電壓，在3張圖中，穩(wěn)定時(shí)均為120 V，與預(yù)期結(jié)果要求相符；上面那條線為第二級(jí)Boost的輸出電壓，在3張圖中，穩(wěn)定時(shí)均為315 V，也與預(yù)期結(jié)果要求相符。

通過(guò)觀察仿真結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，輸入電壓越高，整個(gè)電路進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)越快，因此在啟動(dòng)整個(gè)電路時(shí)最好使用較高的電壓。在進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后，雖然由于蓄電池的放電，蓄電池輸出電壓會(huì)出現(xiàn)一定的波動(dòng)，但是變化速率相對(duì)說(shuō)來(lái)還是比較慢的，而通過(guò)單片機(jī)或DSP等控制芯片的實(shí)時(shí)控制，可以很快的調(diào)整開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通占空比，使電路輸出電壓不至于受到蓄電池輸出電壓波動(dòng)的干擾而產(chǎn)生變化，從而使輸出電壓穩(wěn)定。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種兩級(jí)Boost升壓變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主要用于大功率逆變器的升壓部分。相比于單級(jí)Boost拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，本結(jié)構(gòu)可有效的解決傳統(tǒng)單級(jí)Boost不能大幅度的提升電壓的問(wèn)題。由于本結(jié)構(gòu)中的每一級(jí)Boost都可以當(dāng)作單獨(dú)的單級(jí)Boost來(lái)看，故提升電壓幅度大大增加；當(dāng)輸入電壓、輸出電壓固定時(shí)，可以通過(guò)合理設(shè)置中級(jí)電壓，實(shí)現(xiàn)每級(jí)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通占空比都處于較小的值，從而保證電路可以可靠的工作。

本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的一個(gè)缺點(diǎn)是進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間較長(zhǎng)，且伴隨有較大的高壓脈沖在使用時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)。

1）在允許范圍內(nèi)盡可能使用較高的電壓?jiǎn)?dòng)。通過(guò)分析可知整個(gè)電路拓?fù)湓谳^高輸入電壓時(shí)進(jìn)入狀態(tài)較快。由于使用單片機(jī)或DSP等控制芯片對(duì)直流電源輸出電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并相應(yīng)的進(jìn)行開(kāi)關(guān)管開(kāi)通占空比的調(diào)整，此過(guò)程相對(duì)于蓄電池輸出電壓變化的速率來(lái)說(shuō)是相當(dāng)迅速的。因此當(dāng)電路進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后，單片機(jī)或DSP等控制芯片就可以迅速的調(diào)整控制信號(hào)的輸出，從而保證了輸出電壓的穩(wěn)定。

2）而高壓脈沖就要求使用本結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)注意防止高壓脈沖對(duì)整個(gè)電路的沖擊及影響。

參考文獻(xiàn)

[1]蘇婷，王金梅，臺(tái)流臣.單相光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的研究[J].新能源，2012（03）：51-52.

[2]劉國(guó)海，吳犇，金科，廖志凌.光伏發(fā)電系統(tǒng)中高升壓比DC-DC變換器[J].南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，44（1）：25-31.

[3]朱代祥.單相正弦脈寬調(diào)制逆變電源的設(shè)計(jì)[D].成都：四川大學(xué)，2004：14-15.

[4]趙有以，楊美君，孫佳成，王建民.基于STM32系列單片機(jī)的數(shù)控正弦波逆變電源設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2012，20（23）：134-136.

[5]張占松，蔡宣三.開(kāi)關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)（修訂版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.

[6]方宇，馬旭東.一種新型耦合電感式雙Boost光伏微逆變器拓?fù)浞治鯷J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011，35（03）：32-37.

[7]金鑫.高性能逆變電源的研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2004.

[8]吳建進(jìn).基于DSP的一種純正弦逆變電源的研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2011.

[9]宋淑蘋(píng).基于SPWM技術(shù)的獨(dú)立逆變電源設(shè)計(jì)[D].保定：河北大學(xué)，2011.

[10]梁晨隴.一種基于新型斜坡補(bǔ)償電路的BOOST驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)[D].成都：電子科技大學(xué)，2009.

[11]張立.現(xiàn)代電力電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2003：129-133.

[12]李龍文.DC-DC變換技術(shù)的現(xiàn)狀及未來(lái)[J].電源世界，2007（03）：1-6.

[13]劉金虎，阿城繼電器股份有限公司火電公司.閥控鉛酸蓄電池放電特性研究[J].電源世界，2005（6）：41-43.

[14]郝琇，鄭克文.密封鉛酸蓄電池放電電壓的變化[J].船電技術(shù)，2004（1）：46-47.

作者簡(jiǎn)介

王海超（1989-），河南省鶴壁市淇縣人，碩士研究生在讀，主要研究方向：逆變電源及硬件的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)。endprint