电压变换电路和直流输电系统

技术领域

本申请涉及电力电子变换器技术领域，特别是涉及一种电压变换电路和直流输电系统。

背景技术

随着信息技术的发展，无线传感器被广泛应用于智能电网的数据监测。基于此，为尽可能延长无线传感器的工作时间，通常要求无线传感器具有自主供电的能力。

相关技术中，为实现无线传感器的自主供电，通常是采集环境能量，例如太阳能、热能等，然后将采集到的环境能量进行转换，将转换得到的电能作为能量来源，实现无线传感器的自主供电。

然而，相关技术中，对无线传感器的供电存在受外界因素影响较大的问题。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种电压变换电路和直流输电系统，提升无线传感器供电方式的可靠性和稳定性。

第一方面，本申请提供了一种电压变换电路，电压变换电路的输入端与直流输电线路的超低压差采集端连接，电压变换电路的输出端与无线传感器连接，电压变换电路的控制端与控制电路连接；直流输电线路的超低压差采集端还与控制电路连接；

电压变换电路，用于在控制电路的控制下，将直流输电线路输出的超低压差转换为目标电压，以对无线传感器供电；目标电压大于超低压差。

在其中一个实施例中，电压变换电路包括级联连接的第一阶升压电路、第二阶升压电路和第三阶升压电路，以及输出电路，第二阶升压电路、第三阶升压电路和输出电路均与控制电路连接；

其中，第一阶升压电路、第二阶升压电路和第三阶升压电路的输入端均与超低压差采集端的正极连接、输出端均与输出电路的第一端连接；输出电路的第二端与无线传感器连接，输出电路的第三端与超低压差采集端的负极连接。

在其中一个实施例中，第一阶升压电路包括第一电感和第一电容；

第一电感的第一端与超低压差采集端的正极连接，第一电感的第二端分别与第一电容的第一端和第二阶升压电路连接，第一电容的第二端与输出电路连接。

在其中一个实施例中，第二阶升压电路包括第一开关管、第一二极管、第二电感和第二电容；

第一开关管的源极分别与超低压差采集端的正极和第一电感的第一端连接，第一开关管的漏极分别与第一二极管的阴极和第二电感的第一端连接，第一二极管的阳极分别与第一电感的第二端和第一电容的第一端连接，第二电感的第二端分别与第二电容的第一端和第三阶升压电路连接；第二电容的第二端与输出电路连接。

在其中一个实施例中，第三阶升压电路包括包括第二开关管、第二二极管和第三电感；

第二开关管的源极分别与超低压差采集端的正极、第一电感的第一端和第一开关管的源极连接，第二开关管的漏极分别与第二二极管的阴极和第三电感的第一端连接，第二二极管的阳极分别与第二电感的第二端和第二电容的第一端连接，第三电感的第二端与输出电路连接。

在其中一个实施例中，输出电路包括第三开关管、第四开关管和第三电容；

第三开关管的漏极和第四开关管的源极连接，第三开关管的源极分别与超低压差采集端的负极、第三电容的一端和无线传感器的负极端连接，第四开关管的漏极分别与第三电容的另一端和无线传感器的正极端连接。

在其中一个实施例中，第一开关管、第二开关管和第三开关管的栅极均与控制电路的第一路驱动信号的高电位端连接，第三开关管的源极与控制电路的第一路驱动信号的低电位端连接；第四开关管的栅极与控制电路的第二路驱动信号的高电位端连接，第四开关管的源极与控制电路的第二路驱动信号的低电位端连接；

第一路驱动信号与第二路驱动信号为互补信号。

在其中一个实施例中，若第一路驱动信号为高电平且第二路驱动信号为低电平，则第一开关管、第二开关管和第三开关管均处于导通状态、第四开关管处于关断状态、第一二极管和第二二极管均处于截止状态、第一电容和第二电容均处于充电状态，第三电容处于放电状态，以向无线传感器供电。

在其中一个实施例中，若第一路驱动信号为低电平且第二路驱动信号为高电平，则第一开关管、第二开关管和第三开关管均处于关断状态、第四开关管处于导通状态、第一二极管和第二二极管均处于导通状态、第一电容和第二电容均处于放电状态、第三电容处于充电状态；

其中，直流输电线路的超低压差通过第一电感、第二电感和第三电感，并与第二电容和第三电容的放电电流汇聚，经第四开关管向无线传感器供电。

第二方面，本申请还提供了一种直流输电系统，直流输电系统包括直流输电线路、第一方面任一实施例中的电压变换电路、控制电路和无线传感器；电压变换电路的输入端与直流输电线路的超低压差采集端连接，电压变换电路的输出端与无线传感器连接，电压变换电路的控制端和直流输电线路的超低压差采集端均与控制电路连接；

电压变换电路，用于在控制电路的控制下，将直流输电线路输出的超低压差转换为目标电压，以对无线传感器供电；目标电压大于超低压差。

上述电压变换电路和直流输电系统，电压变换电路的输入端与直流输电线路的超低压差采集端连接，电压变换电路的输出端与无线传感器连接，电压变换电路的控制端与控制电路连接；直流输电线路的超低压差采集端还与所述控制电路连接。其中，电压变换电路，用于在控制电路的控制下，将直流输电线路输出的超低压差转换为目标电压，以对无线传感器供电，且目标电压大于超低压差。由于直流输电线路的超低电压采集端分别与电压变换电路和控制电路连接，意味着直流输电线路同时在为电压变换电路和控制电路提供超低电压，以充分利用直流输电线路上输出的超低压差。在此基础上，电压变换电路的控制端与控制电路连接，以控制电压变换电路将超低压差转换为目标电压，为无线传感器提供稳定且可靠的工作电压。

附图说明

图1为一个实施例中电压变换电路的拓扑结构图；

图2另为一个实施例中电压变换电路的拓扑结构图；

图3为另一个实施例中电压变换电路的拓扑结构图；

图4为另一个实施例中电压变换电路的拓扑结构图；

图5为另一个实施例中电压变换电路的拓扑结构图；

图6为另一个实施例中电压变换电路的拓扑结构图；

图7为一个实施例中电压变换电路的电流流向示意图；

图8为另一个实施例中电压变换电路的电流流向示意图；

图9为一个实施例中电压变换电路的仿真结果示意图；

图10为另一个实施例中电压变换电路的仿真结果示意图；

图11为另一个实施例中电压变换电路的仿真结果示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

除非另有定义，本申请所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。在本申请实施例的描述中，“多个”、“多层”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

在本申请实施例的描述中，技术术语“长”“宽”“上”“下”“等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

随着信息技术的发展，无线传感器广泛应用于智能电网的数据监测。无线传感器主要依靠电池供电，而电池使用寿命短、更换繁琐等问题限制了无线传感器的使用。基于此，通常要求无线传感器具有自主供电的能力，以支持无线传感器能够在几乎不需要维护的情况下长期使用，从而在一定程度上减少无线传感器的维护频率的同时，延长无线传感器的使用寿命。

现有技术为无线传感器提供自主供电的能量采集方式有以下两种：

(1)电磁能量采集。该采集方式要求输电线路能够产生交变磁场，适用于交流输电线路，却无法适用于直流输电线路。

(2)环境能量采集。该采集方式主要是通过采集太阳能和热能环境能量。显然，该采集方式受环境变化影响较大，对应的输出功率也就难以稳定。另外，通过环境能量采集为无线传感器供电的方式通常是采用集成工艺实现升压，而无法输出高电流，能量转换设备效率低，输出的功率通常是微瓦、毫瓦级别，在很大程度上限制了输出功率的量级，对无线传感器的供电存在可靠性和稳定性较差的问题。

基于此，为了克服直流输电系统中无线传感器供电存在的问题，提高能量采集输出功率的稳定性和量级，本申请实施例提供了一种电压变换电路，通过将电压变换电路的输入端与直流输电线路的超低压差采集端连接，电压变换电路的输出端与无线传感器连接，电压变换电路的控制端与控制电路连接；直流输电线路的超低压差采集端还与控制电路连接；电压变换电路用于在控制电路的控制下，将直流输电线输出的超低压差转换为目标电压，以对无线传感器供电；目标电压大于超低压差。采用本申请实施例中的电压变换电路，可以通过对采集直流输电线路的超低压差进行升压，为无线传感器提供稳定的输出功率，供无线传感器正常且持续地进行工作。

请参阅图1，图1示出了本申请一实施例中的电压变换电路的应用拓扑结构图，该电压变换电路01的输入端与直流输电线路02的超低压差采集端连接，电压变换电路01的输出端与无线传感器03连接，电压变换电路01的控制端与控制电路04连接；直流输电线路02的超低压差采集端还与控制电路04连接；

电压变换电路01，用于在控制电路04的控制下，将直流输电线路02输出的超低压差转换为目标电压，以对无线传感器03供电；目标电压大于超低压差。

在工作状态下，直流输电线路02上的任意两个采集点之间会产生压差，且直流输电线路02上的两个采集点之间的距离越长，压差也就会越大。

如图1所示，在直流输电线路02上固定两个采集点，作为采集端，以稳定地采集直流输电线路02上的压差。本申请实施例中，采集直流输电线路02的压差通常是毫伏(mV)级别，因此，直流输电线路02的采集端口也称为超低压采集端。

在此基础上，直流输电线路02作为直流源，通过直流输电线路02的超低压采集端分别与电压变换电路01、控制电路04连接，给电压变换电路01和控制电路04供电，即电压变换电路01和控制电路04均为超低压启动电路，可以在输入为毫伏级别的超低压的情况下进行工作。本申请实施例中的电压变换电路01可以在输入电压为100mV的情况下，进行升压；控制电路04可以在输入电压为20mV的情况下启动。

进一步地，在电压变换电路01和控制电路04均接入超低压的情况下，电压变换电路01的控制端还与控制电路04连接，用于在控制电路04的控制下，将超低压差进行升压，以转换为支持无线传感器03正常工作的电压，从而给无线传感器03提供能量，尽可能减少无线传感器03的维护频率。其中，无线传感器03是指应用于智能电网的数据监测的微型智能传感器，当然也可以是用于监测智能电网的数据的其他传感器，对此，本申请实施例不作限制。

可选的，无线传感器03与电压变换电路01之间还可以接入储能元件，例如电容、电感等，以存储电压变换电路01输出的电压。本申请实施例接入储能元件的原因在于，一方面考虑了在直流输电线路02出现异常中断且无线传感器需要工作的情况，通过储能元件释放电能，以为无线传感器提供稳定的功率，另一方面考虑了在直流输电线路02正常运行而无线传感器出现异常的情况，通过储能元件进行储能，以避免直流输电线路02输出的能量被浪费。

本申请实施例中，电压变换电路的输入端与直流输电线路的超低压差采集端连接，电压变换电路的输出端与无线传感器连接，电压变换电路的控制端与控制电路连接；直流输电线路的超低压差采集端还与所述控制电路连接。其中，电压变换电路，用于在控制电路的控制下，将直流输电线路输出的超低压差转换为目标电压，以对无线传感器供电，且目标电压大于超低压差。由于直流输电线路的超低电压采集端分别与电压变换电路和控制电路连接，意味着直流输电线路同时在为电压变换电路和控制电路提供超低电压，以充分利用直流输电线路上输出的超低压差。在此基础上，电压变换电路的控制端与控制电路连接，以控制电压变换电路将超低压差转换为目标电压，为无线传感器提供稳定且可靠的工作电压。

前述实施例中，对电压变换电路01的功能进行了说明，即电压变换电路01可以在控制电路04的控制下，将超低电压升压至无线传感器04的工作电压，对电压变换电路01的升压方式不做限定，即电压变换电路01可以有多种电路拓扑结构。基于此，下面通过一个实施例，提供一种电压变换电路01的拓扑结构。

如图2所示，电压变换电路01包括级联连接的第一阶升压电路10、第二阶升压电路20和第三阶升压电路30，以及输出电路40，第二阶升压电路20、第三阶升压电路30和输出电路40均与控制电路04连接；

其中，第一阶升压电路10、第二阶升压电路20和第三阶升压电路30的输入端均与超低压差采集端的正极连接、输出端均与输出电路40的第一端连接；输出电路40的第二端与无线传感器03连接，输出电路40的第三端与超低压差采集端的负极连接。

由图2可知，电压变换电路01包括第一阶升压电路10、第二阶升压电路20、第三阶升压电路30和输出电路40，其中，第一阶升压电路10、第二阶升压电路20、第三阶升压电路30可以看作是一个三阶升压(Boost)电路，在实际应用中是需要同时进行工作的，且三者共用同一输入端和同一输出端。本申请实施例中，三阶升压电路的输入端为直流输电线路的超低压采集端的正极，三阶升压电路的输出端均连接至输出电路。

请继续参见图2，根据直流输电线路02的电流方向，确定超低压差采集端的正极和负极，具体的，电流从正极流到负极。超低压采集端的正极分别与第一阶升压电路10、第二阶升压电路20和第三阶升压电路30的输入端连接；直流输电线路02的超低压差采集端的负极与输出电路40的第二端连接。

同时，第一阶升压电路10、第二阶升压电路20和第三阶升压电路30的输出端均与输出电路40的第一端连接，输出电路40的第三端与无线传感器03连接，用于向无线传感器03供电。

前述实施例中，对电压变换电路01中的组成电路以及连接关系进行了说明，具体的，电压变换电路01包括第一阶升压电路10、第二阶升压电路20、第三阶升压电路30和输出电路40。下面将分别对第一阶升压电路10、第二阶升压电路20、第三阶升压电路30和输出电路40的拓扑结构进行了说明。

在一个实施例中，如图3所示，第一阶升压电路10包括第一电感L1和第一电容C1；

第一电感L1的第一端与超低压差采集端的正极连接，第一电感L1的第二端分别与第一电容C1的第一端和第二阶升压电路20连接，第一电容C1的第二端与输出电路40连接。

第一阶升压电路10包括串联连接的第一电感L1和第一电容C1，且第一电感L1的第一端也就是第一阶升压电路10的输入端，与超低压差采集端的正极连接，第一电容C1的第二端也就是第一阶升压电路10的输出端，与输出电路40连接。

应当知道的是，第一电感L1和第一电容C1均为储能元件，且电感存储的是电磁能，具有隔离交流通直流的作用，电容存储的是电能，具有隔离直流通交流的作用。基于此，本申请实施例通过将第一电感L1和第一电容C1串联连接，并与直流输电线路02、开关或者负载等电子器件组成回路，该回路能够根据电流方向不同，通过超低压差实现第一电感L1向第一电容C1充电、或者第一电容C1向第一电感L1充电的功能。

在一个实施例中，如图4所示，第二阶升压电路20包括第一开关管Q1、第一二极管D1、第二电感L2和第二电容C2；

第一开关管Q1的源极分别与超低压差采集端的正极和第一电感L1的第一端连接，第一开关管Q1的漏极分别与第一二极管D1的阴极和第二电感L2的第一端连接，第一二极管D1的阳极分别与第一电感L1的第二端和第一电容C1的第一端连接，第二电感L2的第二端分别与第二电容C2的第一端和第三阶升压电路30连接；第二电容C2的第二端与输出电路40连接。

由图4可知，第二阶升压电路20包括串联连接的第一开关管Q1、第二电感L2和第二电容C2，以及第一开关管Q1和第二电感L2之间的第一二极管D1。

其中，第一开关管Q1优选采用阈值电压低、导通电阻小的N沟道的MOS管。若需要第一开关管Q1能够正常导通，则需要第一开关管Q1的栅极-源极之间的电压V

第一二极管D1优先采用超低正向导通压降的二极管，用于连接第一阶升压电路10和第二阶升压电路20，具体的，第一二极管D1的阳极分别与第一电感L1、第一电容C1连接，第一二极管D1的阴极分别与第一开关管Q1的漏极、第二电感L2连接。

自然地，第一二极管D1有导通和关断两种状态，第一开关管Q1也具有导通和关断两种状态，本申请实施例中，可以通过控制第一开关管Q1的工作状态，控制第一二极管D1两端的电压，进而控制第一二极管D1的工作状态。

由图4可以看出，在第一开关管Q1导通的情况下，第一开关管D1的阴极电压为超低压差采集端的正极电压，第一开关管D1的阳极电压为超低压差采集端的正极电压减去第一电感L1消耗的电压，那么第一开关管D1的阴极电压大于第一开关管D1的阳极电压，第一开关管D1处于关断状态。对应的，在第一开关管Q1关断的情况下，第一开关管D1阴极电压小于第一开关管的阳极电压，第一开关管D1处于导通状态。

此外，本申请实施例中的第二阶升压电路20还与第三阶升压电路30连接。

在一个实施例中，如图5所示，第三阶升压电路30包括包括第二开关管Q2、第二二极管D2和第三电感L3；

第二开关管Q2的源极分别与超低压差采集端的正极、第一电感L1的第一端和第一开关管Q1的源极连接，第二开关管Q2的漏极分别与第二二极管D2的阴极和第三电感L3的第一端连接，第二二极管D2的阳极分别与第二电感L2的第二端和第二电容C2的第一端连接，第三电感L3的第二端与输出电路40连接。

由图5可知，第三阶升压电路30包括串联连接的第二开关管Q2和第三电感L3，以及第二二极管D2。

其中，第二开关管Q2优选采用阈值电压低、导通电阻小的N沟道的MOS管。若需要第二开关管Q2能够正常导通，则需要第二开关管Q2的栅极-源极之间的电压V

第二二极管D2优先采用超低正向导通压降的二极管，与第二阶升压电路20连接，具体的，第二二极管D2的阳极分别与第二电感L2、第二电容C2连接，第二二极管D2的阴极分别与第二开关管Q2的漏极、第三电感L3连接。

自然地，第二二极管D2有导通和关断两种状态，第二开关管Q2也具有导通和关断两种状态，本申请实施例中，可以通过控制第一开关管Q1和第二开关管Q2的工作状态，控制第二二极管D2两端的电压，进而控制第二二极管D2的工作状态。

由图5可以看出，当第一开关管Q1和第二开关管Q2均处于导通状态的情况下，第一二极管D1截止，第二二极管D2的阴极电压为超低压差采集端的正极电压，第二二极管D2的阳极电压为超低压差采集端的正极电压减去第二电感L2消耗的电压，那么第二二极管D2的阴极电压大于第二二极管D2的阳极电压，第二二极管D2也处于截止状态。对应的，在第一开关管Q1和第二开关管Q2均处于关断状态的情况下，第一开关管D1和第二开关管D1均处于导通状态。

本申请实施例中，第三阶升压电路包括第二开关管Q2、第二二极管D2和第三电感L3，与第二阶升压电路中的第一开关管Q1和第一二极管D1相互配合，控制第一阶升压电路、第二阶升压电路和第三阶升压电路所组成的三阶升压电路的回路，最大程度提升电压变换电路对超低电压的升压能力。

在一个实施例中，将无线传感器03以电阻R1表示，以区分其正极端和负极端，如图6所示，输出电路40包括第三开关管Q3、第四开关管Q4和第三电容C3；

第三开关管Q3的漏极和第四开关管Q4的源极连接，第三开关管Q3的源极分别与超低压差采集端的负极、第三电容C3的一端和无线传感器03的负极端连接，第四开关管Q4的漏极分别与第三电容C3的另一端和无线传感器03的正极端连接。

第三开关管Q3和第四开关管Q4可以是N沟道的MOS管，有导通和关断两种状态。本申请实施例中第三开关管Q3和第四开关管Q4的工作状态互补，也就是说，要么第三开关管Q3导通的同时第四开关管Q4关断，要么第三开关管Q3关断的同时第四开关管Q4导通。

在第三开关管Q3导通且第四开关管Q4关断的情况下，根据第三电容C3的一端与无线传感器03的正极端连接，第三电容的另一端与无线传感器03的负极端连接，此时，第三电容C3向无线传感器03供电。

在第三开关管Q3关断且第四开关管Q4导通的情况下，第三电容C3的一端除了无线传感器03的正极端连接以外，还与通过第四开关管Q4分别与第一阶升压电路10的第一电容C1、第二阶升压电路20的第二电容C2和第三阶升压电路30的第三电感连接，第三电容C3的另一端与超低压采集端的负极连接。

此外，在电压变换电路01中，第一开关管Q1、第二开关管Q2和第三开关管Q3的工作状态保持一致，第四开关管Q4与其他三个开关管的工作状态互补。

本申请实施例中，通过输出电路将电压变换电路中的各升压电路与无线传感器建立连接，以便于将电压变换电路升压得到的目标电压，提供给无线传感器，保障无线传感器的正常工作。

前述实施例结合附图2～附图6，对电压变换电路01的拓扑结构进行了说明，接下来对电压变换电路01与控制电路04的连接关系，以及电压变换电路01在控制电路04的作用下，进行电压变换的原理进行说明。

由前述实施例可知，在电压变换电路01中包括多个开关管，且各开关管通过控制电路04进行控制。本申请实施例中，根据第一开关管Q1、第二开关管Q2和第三开关管Q3的工作状态保持一致，第四开关管Q4与其他三个开关管的工作状态互补的特点，通过控制电路04输出两路驱动信号，以同步控制第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开光管Q4的工作状态。

在一个实施例中，第一开关管Q1、第二开关管Q2和第三开关管Q3的栅极均与控制电路04的第一路驱动信号的高电位端连接，第三开关管Q3的源极与控制电路04的第一路驱动信号的低电位端连接；第四开关管Q4的栅极与控制电路04的第二路驱动信号的高电位端连接，第四开关管Q4的源极与控制电路04的第二路驱动信号的低电位端连接；第一路驱动信号与第二路驱动信号为互补信号。

控制电路04可以是脉冲宽度调制(Pulse width modulation，PWM)控制电路，控制电路04输出两路互补的驱动信号，控制第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开光管Q4的工作状态。

其中，第一路驱动信号用于控制第一开关管Q1、第二开关管Q2和第三开关管Q3，具体的，第一路驱动信号的高电位端分别与第一开关管Q1、第二开关管Q2和第三开关管Q3的栅极连接，第一路驱动信号的低电位端与第三开关管Q3的源极连接。

第二路驱动信号用于控制第四开关管Q4，具体的，第二路驱动信号的高电位端分别与第四开关管Q4的栅极连接，第二路驱动信号的低电位端与第四开关管Q4的源极连接。

可选的，控制电路04可以是PWM控制芯片，该芯片可以包括BG引脚、TG引脚、GND引脚和SW引脚，其中BG引脚和TG引脚分别输出两路互补的PWM信号，分别驱动电压变换电路01中第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4。具体的，PWM控制芯片的BG引脚作为第一路驱动信号的高电位端，PWM控制芯片的GND引脚作为第一路驱动信号的低电位端，PWM控制芯片的TG引脚作为第二路驱动信号的高电位端，PWM控制芯片的SW引脚作为第二路驱动信号的低电位端。

实际应用中，PWM控制芯片启动后，其高电位端BG引脚和TG引脚产生两路电压为5V的互补驱动信号施加在电压变换电路01中的第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4的栅极，第一开关管Q1和第二开关管Q2的源极经直流输电线路02上的超低压差与GND引脚相连构成驱动回路，第三开关管Q3的源极与GND引脚相连构成驱动回路，第四开关管Q4的源极与SW引脚相连构成驱动回路。

本申请实施例中，PWM控制芯片输出互补两路的驱动信号控制电压变换电路01中的各开关管，电压变换电路01采用Boost级联的方式，实现高电压增益。此外，电压变换电路01通过同步整流方式，利用NMOS管代替二极管，提高了转换效率，实现了使用分立元件在超低压场景下的升压，即实现对100mV低压升压至5V，提供符合微型智能传感器等设备要求的0.5W功率，提高了供电的稳定性和可靠性。

在一个实施例中，若第一路驱动信号为高电平且第二路驱动信号为低电平，则第一开关管Q1、第二开关管Q2和第三开关管Q3均处于导通状态、第四开关管Q4处于关断状态、第一二极管D1和第二二极管D2均处于截止状态、第一电容C1和第二电容C2均处于充电状态，第三电容C3处于放电状态，以向无线传感器03供电。

在第一路驱动信号为高电平且第二路驱动信号为低电平的情况下，电压变换电路01的电流流向如图7所示。

第三开关管Q3导通状态下，第一开关管Q1、第二开关管Q2同时开通，第四开关管Q4关断，第一二极管D1、第二二极管D2截止，直流输电线路02上的超低压差Uin通过第一电容C1和第一开关管Q3向第一电感L1充电，通过第二电容C2和第一开关管Q1、第三开关管Q3向第二电感L2充电，通过第二开关管Q2、第三开关管Q3向第三电感L3充电，同时，第三电容C3单独向无线传感器03供电，此时有：

式中，U

在一个实施例中，若第一路驱动信号为低电平且第二路驱动信号为高电平，则第一开关管Q1、第二开关管Q2和第三开关管Q3均处于关断状态、第四开关管Q4处于导通状态、第一二极管D1和第二二极管D2均处于导通状态、第一电容C1和第二电容C2均处于放电状态、第三电容C3处于充电状态；

其中，直流输电线路02的超低压差通过第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3，并与第二电容C2和第三电容C3的放电电流汇聚，经第四开关管Q4向无线传感器03供电。

在第一路驱动信号为低电平且第一路驱动信号为高电平的情况下，电压变换电路01的电流流向如图8所示。

第三开关管Q3关断状态下，第一开关管Q1、第二开关管Q2同时关断，第四开关管Q4导通，第一二极管D1、第二二极管D2正向导通，为第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3提供续流通路，直流输电线路02上的超低压差U

在上述两路驱动信号的控制下，以第三开光管Q3的开通时间T

当电路处于稳态工作时，根据第一电感L1的伏秒平衡，有：

(U

根据第二电感L2的伏秒平衡，有：

(U

根据第三电感L3的伏秒平衡，有：

U

根据上述公式(7)至公式(9)，可得电压变换电路01的电压增益G、第一电容C1的端电压U

综合上述控制电路04的两路驱动信号的控制，还可以得出以下结论：

在第三开关管Q3导通的状态下，流过第一电容C1的电流i

i

i

i

第三开关管Q3关断状态下，流过第一电容C1的电流i

i

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第一电感L1的电流I

第一开关管Q1的电压应力U

第一开关管D1的电压应力U

为了对本申请实施例提供的电压变换电路01的有效性进行验证，搭建了如图6所示的仿真电路。其中，仿真参数选择如下：输入电压100mV，开关频率100kHz，负载电阻R＝50Ω，电感L1＝140μH，L2＝27μH，L3＝1.2μH，电容C1＝470μF，C2＝2.4mF，C3＝15μF，仿真波形如图9-图11所示，图9为Q1、Q2、Q3的开关信号，以及Q4的驱动信号，图10为输入电压、输出电压、输出电流的波形，图11为电感电流I

仿真结果表明，第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3均工作在电流连续模式，输出电压为5.4V，输出电流为0.11A，在一个实施例中，提供了一种直流输电系统，该系统包括直流输电线路、上述任一实施例中的电压变换电路、控制电路和无线传感器；电压变换电路的输入端与直流输电线路的超低压差采集端连接，电压变换电路的输出端与无线传感器连接，电压变换电路的控制端和直流输电线路的超低压差采集端均与控制电路连接；电压变换电路，用于在控制电路的控制下，将直流输电线路输出的超低压差转换为目标电压，以对无线传感器供电；目标电压大于超低压差。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。