高變比直流-直流升壓型變換器的製作方法

2023-09-12 21:13:20 1

專利名稱：高變比直流-直流升壓型變換器的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是高變比直流-直流升壓型變換器的拓撲結構，屬電力電子技術中功率變換領域。
背景技術：
直流-直流升壓變換器在光伏或燃料電池併網發電系統和電動汽車等工業領域得到了廣泛應用。常規的BOOST變換器或兩相交錯並聯BOOST變換器雖然都具有升壓功能，但它們的輸出電壓增益相對較小，開關的電壓應力等於輸出電壓，當前端直流源輸入電壓較低時，儘管理論上可以通過提高開關的導通佔空比來實現更大的輸出電壓，但這樣一方面會降低變換器的效率，另一方面當佔空比增大到某一範圍時，由於功率電感和電路中其它寄生因素的影響，都會限制輸出電壓的進一步升高，甚至出現輸出電壓反而下降的情況。因此研究具有更高升壓變比、低開關電壓應力的直流-直流升壓型變換器，具有重要的理論意義和實用價值
發明內容
:本發明的目的在於解決上述現有技術中存在的問題，提出一種高變比直流-直流升壓型變換器，其特徵在於:1)交錯的輸入和輸出結構可以減小輸入電流紋波，提高輸出電壓對輸入電壓的變比；2)利用兩個耦合電感的副邊進行串聯構成的倍壓單元可進一步獲得更高的升壓變比；3)功率管的應力低，非常有利於電路選擇低壓、高速度的開關器件降低電路的導通損耗，提高電路的性能；4)耦合電感的漏感可以減小二極體的反向恢復損耗。技術方案本發明是通過以下技術方案實現的:包括兩個功率開關管(S1,S2),兩個耦合電感(T1、T2),四個單向二極體(D1、D2、D3、D4),三個輸出電容(C1,C2, C3),—個鉗位電容(C4),第一個耦合電感(T1)有兩個繞組(Lla、Llb)，第二個I禹合電感(T2)有兩個繞組(L2a、L2b),第一稱合電感(T1)的第一繞組(Lla)的一端連接直流輸入電源(Vin)的正極,第一稱合電感(T1)的第一繞組(Lla)的另一端與第一功率開關管(S1)的漏極以及第一單向二極體(D1)的陽極相連，第二耦合電感(T2)的第一繞組(L2a)的一端連接直流輸入電源(Vin)的正極，第二耦合電感(T2)的第一繞組(L2a)的另一端與第二功率開關管(S2)的漏極以及第二輸出電容(C2)的正極相連，第一功率開關管
(S1)的源極與直流輸入電源(Vin)的負極相連，第二功率開關管(S2)的源極和直流輸入電源(Vin)的負極及第二單向二極體(D2)的陰極相連，第一單向二極體(D1)的陰極與第三輸出電容(C3)的負極、第一耦合電感(T1)的第二繞組(Llb)的一端、第三單向二極體(D3)的陽極以及第一輸出電容(C1)的正極相連，第二單向二極體(D2)的陽極與第二輸出電容(C2)的負端以及輸出的負端相連，第一耦合電感(T1)的第二繞組(Llb)的另一端與第二耦合電感(T2)的第二繞組(L2b)的一端相連，第二耦合電感(T2)的第二繞組(L2b)的另一端與鉗位電容(C4)的負極相連，鉗位電容(C4)的正極與第三單向二極體(D3)的陰極以及第四單向二極體(D4)的陽極相連，第四單向二極體(D4)的陰極與第三電容(C3)的正極以及輸出端的正極相連；上述第一耦合電感(T1)的第一繞組(Lla)與直流輸入電源(Vin)的正極相連端和第一耦合電感(T1)的第二繞組(Llb)與第一單向二極體(D1)的陰極相連端為同名端；第二耦合電感(T2)的第一繞組(L2a)與直流輸入電源(Vin)的正極相連端和第二耦合電感(T2)的第二繞組(L2b)與第四電容(C4)的負極相連端為同名端。工作時，第一耦合電感0\)、第一功率開關管⑶)、第一單向二極體(D1)、第一電容(C1)與第二耦合電感(T2)、第二功率開關管(S2)、第二單向二極體(D2)、第二電容(C2)構成的交錯結構不僅可以減小輸入電流紋波，而且比傳統交錯並聯BOOST電路具有更高的電壓增益；由第一耦合電感(T1)的第二繞組(Llb)、第二耦合電感(T2)的第二繞組(L2b)、第四電容(C4)、第三單向二極體(D3)構成的倍壓單元可進一步提高升壓變比；另外，兩個功率開關管的電壓應力也能被有效降低，非常有利於電路選擇低導通電阻、高速度的開關器件以提聞電路的性能。有益效果:與現有技術相比本發明具有如下有益效果:1)交錯的輸入、輸出結構可以減小輸入電流紋波，提高輸出電壓對輸入電壓的變比；2)利用耦合電感的副邊構成的倍壓單元可使電路獲得更高的升壓變比；3)能有效降低功率管的電壓應力，非常有利於選擇低導通電阻、聞開關速度的功率器件以降低電路的損耗，提聞電路的整體效能。


圖1是本發明的高變比直流-直流升壓型變換器的拓撲結構圖。
具體實施例方式下面結合附 圖與具體實施例對本發明作進一步詳細描述:本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了實施方式和工作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。包括兩個功率開關管(S1、S2),兩個耦合電感(V T2),四個單向二極體(D1、D2、D3、D4),三個輸出電容(CpC^C3)，一個鉗位電容(C4),兩個耦合電感( \、Τ2)分別有兩個繞組。第一個耦合電感(T1)有兩個繞組(Lla、Llb)，第二個耦合電感(T2)有兩個繞組(L2a、L2b)，第一率禹合電感(T1)的第一繞組(Qa)的一端連接直流輸入電源(Vin)的正極,第一稱合電感的第一繞組(Lla)的另一端與第一功率開關管(S1)的漏極以及第一二極體(D1)的陽極相連，第二稱合電感(T2)的第一繞組(L2a)的一端連接直流輸入電源(Vin)的正極,第二稱合電感(T2)的第一繞組(L2a)的另一端與第二功率開關管(S2)的漏極以及第二輸出電容(C2)的正極相連，第一功率開關管(S1)的源極與直流輸入電源(Vin)的負極相連，第二功率開關管
(S2)的源極與直流輸入電源(Vin)的負極和第二單向二極體(D2)的陰極相連，第一單向二極體(D1)的陰極與第三輸出電容(C3)的負極、第一稱合電感的第二繞組(Llb)的一端、第三單向二極體(D3)的陽極以及第一輸出電容(C1)的正極相連，第二單向二極體(D2)的陽極與第二輸出電容(C2)的負極以及輸出Vo的負極端相連,第一I禹合電感(T1)的第二繞組(Llb)的另一端與第二耦合電感(T2)的第二繞組(L2b)的一端相連，第二耦合電感(T2)的第二繞組(L2b)的另一端與鉗位電容(C4)的負極相連，鉗位電容(C4)的正極端與第三單向二極體(D3)的陰極以及第四單向二極體的陽極相連，第四單向二極體(D4)的陰極與第三輸出電容(C3)的正極以及輸出Vo的正極相連；上述第一耦合電感(T1)的第一繞組(Lla)與直流輸入電源(Vin)的正極相連端和第一耦合電感(T1)的第二繞組(Llb)與第一單向二極體(D1)陰極相連端為同名端；第二耦合電感(T2)的第一繞組(L2a)與直流輸入電源(Vin)的正極相連端和第二耦合電感(T2)的第二繞組(L2b)與鉗位電容(C4)的負極相連端為同名端。高變比直流-直流升壓型變換器在正常工作時存在四種穩態工作狀態，即:第一功率開關管(S1)導通與第二功率開關管(S2)關斷的工作狀態；第一功率開關管(S1)導通與第二功率開關管(S2)導通的工作狀態；第一功率開關管(S1)關斷與第二功率開關管(S2)導通的工作狀態；第一功率開關(S1)導通與第二功率開關管(S2)導通的工作狀態。第一功率開關管(S1)導通與第二功率開關管(S2)關斷的工作狀態:在這一工作狀態中，第一單向二極體(D1)、第四單向二極體(D4)關斷，第二單向二極體(D2)、第三單向二極體(D3)導通；第一耦合電感(T1)的第一繞組(Lla)的兩端的電壓等於直流輸入電源(Vin)電壓，第一稱合電感(T1)的第一繞組(Lla)上的電流線性上升,輸入電源(Vin)的能量向第一耦合電感(T1)的第一繞組(Lla)傳遞；輸入電源(Vin)和第二耦合電感(T2)的第一繞組(L2a)的能量向第二輸出電容(C2)傳遞,第二I禹合電感(T2)的第一繞組(L2a)上的電流線性下降；第一輸出電容(C1),第二輸出電容(C2),第三輸出電容(C3)同時又向輸出端負載(R1)提供能量；第一I禹合電感(T1)的第二繞組(Llb)和第二I禹合電感(T2)的第二繞組(L2b)通過第三單向二極體(D3)向鉗位電容(C4)提供能量。第一功率開關管(S1)導通與第二功率開關管(S2)導通的工作狀態:在這一工作狀態中，第一單向二極體(D1)、第二單向二極體(D2)、第三單向二極體(D3)以及第四單向二極體(D4)全部關斷；直流輸入電源(Vin)向第一耦合電感(T1)的第一繞組(Lla)和第二耦合電感 (T2)的第二繞組(L2a)傳輸能量，流經第一耦合電感(T1)的第一繞組(Lla)和第二耦合電感(T2)的第二繞組(L2a)的電流均線性上升。第一輸出電容(C1)、第二輸出電容(C2)和第三輸出電容(C3)同時向輸出端負載(R1)提供能量。第一功率開關管(S1)關斷與第二功率開關管(S2)導通的工作狀態:該狀態中，第一單向二極體(D1)和第四單向二極體(D4)導通，第二單向二極體(D2)和第三單向二極體(D3)關斷；直流輸入電源(Vin)向第二耦合電感(T2)的第一繞組(L2a)傳遞能量，流經第二耦合電感(T2)的第一繞組(L2a)的電流線性上升；直流輸入電源(Vin)、第一I禹合電感(T1)的第一繞組(Lla)向第一輸出電容(C1)補充能量,流經第一I禹合電感(T1)的第一繞組(Lla)的電流線性減小；第一耦合電感(T1)的第二繞組(Llb)、第二耦合電感(T2)的第二繞組(L2b)和鉗位電容(C4)向第三輸出電容(C3)提供能量，同時第一電容(C1)、第二輸出電容(C2)和第三輸出電容(C3)的電壓串聯，維持輸出電壓的穩定和向輸出端負載( )提供能量。第一功率開關(S1)導通與第二功率開關管(S2)導通的工作狀態:在這一工作狀態中，第一單向二極體(D1)、第二單向二極體(D2)、第三單向二極體(D3)以及第四單向二極體(D4)全部關斷；直流輸入電源(Vin)向第一耦合電感(T1)的第一繞組(Lla)和第二耦合電感(T2)的第二繞組(L2a)傳輸能量，流經第一耦合電感(T1)的第一繞組(Lla)和第二耦合電感(T2)的第二繞組(L2a)的電流均線性上升。第一輸出電容(C1)、第二輸出電容(C2)和第三輸出電容(C3)同時向輸出端負載(R1)提供能量。
權利要求
1.一種高變比直流-直流升壓型變換器，其特徵是:包括兩個功率開關管(S1、S2)，兩個耦合電感(TpT2),四個單向二極體(D1、D2、D3、D4),三個輸出電容(CrCyC3),—個鉗位電容(C4),第一耦合電感(T1)有兩個繞組(Lla、Llb)，第二耦合電感(T2)有兩個繞組(L2a、L2b)，第一稱合電感(T1)的第一繞組(Lla)的一端連接直流輸入電源(Vin)的正極,第一稱合電感(T1)的第一繞組(Lla)的另一端與第一功率開關管(S1)的漏極以及第一單向二極體(D1)的陽極相連，第二耦合電感(T2)的第一繞組(L2a)的一端連接直流輸入電源(Vin)的正極，第二耦合電感(T2)的第一繞組(L2a)的另一端與第二功率開關管(S2)的漏極以及第二輸出電容(C2)的正極相連，第一功率開關管(S1)的源極與直流輸入電源(Vin)的負極相連，第二功率開關管(S2)的源極和直流輸入電源(Vin)的負極及第二單向二極體(D2)的陰極相連，第一單向二極體(D1)的陰極與第三輸出電容(C3)的負極、第一耦合電感(T1)的第二繞組(Llb)的一端、第三單向二極體(D3)的陽極以及第一輸出電容(C1)的正極相連，第二單向二極體(D2)的陽極與第二輸出電容(C2)的負端以及輸出的負端相連,第一I禹合電感(T1)的第二繞組(Llb)的另一端與第二耦合電感(T2)的第二繞組(L2b)的一端相連，第二耦合電感(T2)的第二繞組(L2b)的另一端與鉗位電容(C4)的負極相連，鉗位電容(C4)的正極與第三單向二極體(D3)的陰極以及第四單向二極體(D4)的陽極相連，第四單向二極體(D4)的陰極與第三電容(C3)的正極以及輸出端的正極相連；上述第一I禹合電感(T1)的第一繞組(Lla)與直流輸入電源(Vin)的正極相連端和第一I禹合電感(T1)的第二繞組(Llb)與第一單向二極體(D1)的陰極相連端為同名端；第二耦合電感(T2)的第一繞組(L2a)與直流輸入電源(Vin)的正極相連端和第二耦合電感(T2)的第二繞組(L2b)與第四電容(C4)的負極相連端為同名端。
全文摘要
一種高變比直流-直流升壓型變換器，具有較高升壓能力，屬於電力電子技術中功率變換領域，包括兩個功率開關管，兩個耦合電感，四個單向二極體，三個輸出電容，一個鉗位電容。兩個耦合電感分別有兩個繞組。本發明的直流-直流升壓型變換器具有較大的升壓變比和較低的開關電壓應力，而且變換器還具有輸入電流紋波小，輸出電壓紋波低，結構簡單、控制方便等突出優點，非常適用於今後光伏/燃料電池等可再生能源發電系統。
文檔編號H02M3/10GK103107699SQ20131006455
公開日2013年5月15日 申請日期2013年3月1日 優先權日2013年3月1日
發明者胡雪峰, 章家巖, 王琳, 高龍 申請人:安徽工業大學