專利名稱：高升壓比倍壓結(jié)構(gòu)無源無損箝位變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直流一直流變換器及應(yīng)用，具體說是高升壓比倍壓結(jié)構(gòu)無源無損箝位變換器。
背景技術(shù)：
在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，由于單塊太陽能電池的輸出電壓較低，而逆變并網(wǎng)發(fā)電所需的電壓較高，因此需要一級直流一直流變換器把低電壓直流電轉(zhuǎn)換為適合并網(wǎng)的高電壓直流電。在分布式太陽能發(fā)電方案中，單塊太陽能電池的功率容量較小，但對效率的要求較高。因此如何實(shí)現(xiàn)高增益、高效率且結(jié)構(gòu)簡單的單相單級變換器，對于推動光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。常規(guī)的單相單管升壓型(Boost)直流一直流變換器的電壓增益僅有占空比決定，電壓增益有限，難以滿足高增益的變換要求。功率開關(guān)管的電壓應(yīng)力較大，難以采用低壓高性能的開關(guān)管來降低導(dǎo)通損耗。而且，變換器工作在硬開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)損耗較大。為了實(shí)現(xiàn)Boost變換器的軟開關(guān)動作，近年來，相繼研究了一些通過附加有源功率開關(guān)或無源器件的軟開關(guān)方案，這些電路雖然實(shí)現(xiàn)了軟開關(guān)動作，但是不能降低開關(guān)管的電壓應(yīng)力，也不能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高增益變換。為了提升變換器的電壓增益，一種方案是采用開關(guān)電容的方案，但這種方案所需開關(guān)管數(shù)量較多，增加了系統(tǒng)成本；另外的方案是采用復(fù)雜的三繞組耦合電感方案，這種方案的缺點(diǎn)是耦合電感結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于工業(yè)加工，難以保證電路的一致性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服常規(guī)的單相單管升壓型直流一直流變換器電壓增益小，導(dǎo)通功耗和開關(guān)功耗大的的缺點(diǎn)，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，控制方便且無能量損耗的高升壓比倍壓結(jié)構(gòu)無源無損箝位變換器。本發(fā)明所述的高升壓比倍壓結(jié)構(gòu)無源無損箝位變換器，耦合電感第一繞組的第一端與電源的正極相連，第一繞組的第二端與功率開關(guān)管的漏極及箝位二極管的陽極相連，箝位二極管的陰極與箝位電容的第一端及續(xù)流二極管的陽極相連，功率開關(guān)管的源極和電源的負(fù)極及箝位電容的第二端相連；耦合電感第二繞組的一端與電源的負(fù)極相連，耦合電感第二繞組第二端與倍壓電容的第一端相連，倍壓電容的第二端與續(xù)流二極管的陰極相連，耦合電感第二繞組和耦合電感第一繞組同為一個(gè)耦合電感中的兩個(gè)繞組，以第一繞組的第一端和第二繞組的第一端為奉禹合電感的冋名端；輸出二極管的陽極與續(xù)流二極管的陰極相連，輸出二極管的陰極與輸出電容的第一端相連，輸出電容的第二端與箝位電容的第一端相連。所述的變換器，其箝位二極管、續(xù)流二極管和輸出二極管中的一個(gè)或多個(gè)改成同步整流管，均能正常工作。本發(fā)明變換器工作時(shí)，利用耦合電感的變壓器效應(yīng)拓展了變換器電壓增益，降低了功率開關(guān)管和箝位二極管的電壓應(yīng)力，降低了功率器件的導(dǎo)通損耗。倍壓電路單元的引入進(jìn)一步提高了電路的電壓增益和降低了器件的電壓應(yīng)力；利用耦合電感的漏感實(shí)現(xiàn)了功率開關(guān)管的零電流開通；同時(shí)利用耦合電感的漏感還實(shí)現(xiàn)了續(xù)流二極管和輸出二極管的軟關(guān)斷；利用箝位二極管和箝位電容吸收漏感的能量，使功率開關(guān)管關(guān)斷時(shí)無電壓尖峰，并且吸收的漏感能量最終傳遞到負(fù)載，實(shí)現(xiàn)無損吸收；其電路結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，適用于小功率，高增益和高效率的分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電場合。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是無需額外的功率開關(guān)和電感元件，附件元件少，結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，電路中無能量損耗元件，可提高電路的效率，且換流過程中，功率開關(guān)管關(guān)斷時(shí)無電壓過沖，續(xù)流二極管開通時(shí)無電流過沖；耦合電感在對應(yīng)的開關(guān)管開通和關(guān)斷時(shí)都傳遞能量，提高了耦合電感的利用率，降低了耦合電感的體積。


圖1是本發(fā)明的電路具體實(shí)施例方式參見圖1，本發(fā)明的高升壓比倍壓結(jié)構(gòu)無源無損箝位變換器，其中耦合電感第一繞組L1的第一端與電源Vin的正極相連，第一繞組L1的第二端與功率開關(guān)管S的漏極及箝位二極管Dc的陽極相連，箝位二極管Dc的陰極與箝位電容Ce的第一端及續(xù)流二極管Dr的陽極相連，功率開關(guān)管S的源極和電源Vin的負(fù)極及箝位電容Ce的第二端相連；耦合電感第二繞組L2的一端與電源Vin的負(fù)極相連，耦合電感第二繞組L2第二端與倍壓電容Cm的第一端相連，倍壓電容Cm的第二端與續(xù)流二極管Dr的陰極相連，耦合電感第二繞組L2和耦合電感第一繞組L1同為一個(gè)耦合電感中的兩個(gè)繞組，圖中由標(biāo)記了第一繞組L1和第二繞組L2的同名端；輸出二極管Do的陽極與續(xù)流二極管Dr的陰極相連，輸出二極管Do的陰極與輸出電容Co的第一端相連,輸出電容Co的第二端與箝位電容Ce的第一端相連。輸出電容Co的電壓為Vout,能量最終傳遞給負(fù)載Ro。高升壓比倍壓結(jié)構(gòu)無源無損箝位變換器在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)有五種工作過程，即功率開關(guān)管S關(guān)斷與箝位二極管Dc開通之間的換流；續(xù)流二極管Dr關(guān)斷和輸出二極管Do導(dǎo)通之間的換流；箝位二極管Dc關(guān)斷過程；輸出二極管Do關(guān)斷與功率開關(guān)管S開通之間的換流過程，續(xù)流二極管Dr導(dǎo)通過程。功率開關(guān)管S關(guān)斷與箝位二極管Dc開通之間的換流換流前，電路處于功率開關(guān)管S和續(xù)流二極管Dr導(dǎo)通，箝位二極管Dc和輸出二極管Do關(guān)斷的穩(wěn)定工作狀態(tài)。當(dāng)功率開關(guān)管S關(guān)斷時(shí)，功率開關(guān)管S上電壓迅速上升，箝位二極管Dc兩端的電壓迅速下降至零，箝位二極管Dc開通，由于箝位電容Ce的作用，功率開關(guān)管S兩端的電壓被箝位為一定電壓值，實(shí)現(xiàn)了功率開關(guān)管S的軟箝位關(guān)斷。續(xù)流二極管Dr關(guān)斷和輸出二極管Do導(dǎo)通之間的換流 箝位二極管Dc開通后，箝位電容Ce上的電壓從一定值以一定斜率線性上升，耦合電感的漏感能量轉(zhuǎn)移到箝位電容Ce上，續(xù)流二極管Dr的電流以一定斜率線性下降到零，續(xù)流二極管Dr關(guān)斷。而輸出二極管Do兩端的電壓線性下降到零，輸出二極管Do開通，能量開始轉(zhuǎn)移到輸出端。電路進(jìn)入到功率開關(guān)管S和續(xù)流二極管Dr關(guān)斷，箝位二極管Dc和輸出二極管Do導(dǎo)通的穩(wěn)定工作狀態(tài)。箝位二極管Dc關(guān)斷過程輸出二極管Do導(dǎo)通后，箝位二極管Dc上的電流以一定的斜率線性下降，當(dāng)箝位二極管Dc上的電流下降到零時(shí)，箝位二極管Dc自然關(guān)斷，能量從倍壓電容Cm中通過耦合電感第二繞組轉(zhuǎn)移到負(fù)載Ro。電路進(jìn)入第一開關(guān)管S，箝位二極管Dc和續(xù)流二極管Dr關(guān)斷，輸出二極管Do導(dǎo)通的穩(wěn)定工作狀態(tài)。輸出二極管Do關(guān)斷與功率開關(guān)管S開通之間的換流過程功率開關(guān)管S的門極信號給出，功率開關(guān)管S的電流從零以一定斜率線性上升，實(shí)現(xiàn)了功率開關(guān)管S的零電流開通，輸出二極管Do的電流以一定的斜率線性下降，當(dāng)輸出二極管Do的電流下降到零時(shí)，輸出二極管Do關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)了輸出二極管Do關(guān)斷與功率開關(guān)管S開通之間的換流，減小了輸出二極管Do的反向恢復(fù)損耗。續(xù)流二極管Dr導(dǎo)通過程功率開關(guān)管S開通和輸出二極管Do關(guān)斷后，耦合電感工作在正激變壓器狀態(tài)，續(xù)流二極管Dr兩端的電壓線性下降到零，續(xù)流二極管Dr開通，能量開始轉(zhuǎn)移到倍壓電容Cm。電路進(jìn)入功率開關(guān)管S和續(xù)流二極管Dr導(dǎo)通，箝位二極管Dc和輸出二極管Do關(guān)斷的穩(wěn)定工作狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種高升壓比倍壓結(jié)構(gòu)無源無損箝位變換器，其特征在于耦合電感第一繞組(L1)的第一端與電源(Vin)的正極相連，第一繞組(L1)的第二端與功率開關(guān)管(S)的漏極及箝位二極管(Dc)的陽極相連，箝位二極管(Dc)的陰極與箝位電容 (Ce)的第一端及續(xù)流二極管(Dr)的陽極相連，功率開關(guān)管(S)的源極和電源(Vin)的負(fù)極及箝位電容(Ce)的第二端相連；耦合電感第二繞組(L2)的一端與電源(Vin)的負(fù)極相連，耦合電感第二繞組(L2)第二端與倍壓電容(Cm)的第一端相連，倍壓電容(Cm)的第二端與續(xù)流二極管(Dr)的陰極相連， 耦合電感第二繞組(L2)和耦合電感第一繞組(L1)同為一個(gè)耦合電感中的兩個(gè)繞組，以第一繞組(L1)的第一端和第二繞組(L2)的第一端為耦合電感的同名端；輸出二極管(Do)的陽極與續(xù)流二極管(Dr)的陰極相連，輸出二極管(Do)的陰極與輸出電容(Co)的第一端相連,輸出電容(Co)的第二端與箝位電容(Ce)的第一端相連。
2.如權(quán)利要求1所述的高升壓比倍壓結(jié)構(gòu)無源無損箝位變換器，其特征在于，箝位二極管(Dc)、續(xù)流二極管(Dr)和輸出二極管(Do)中的一個(gè)或多個(gè)改成同步整流管，均能正常工作。
全文摘要
高升壓比倍壓結(jié)構(gòu)無源無損箝位變換器，包括一個(gè)功率開關(guān)管，一個(gè)箝位二極管，一個(gè)續(xù)流二極管，一個(gè)輸出二極管，一個(gè)箝位電容，一個(gè)倍壓電容，一個(gè)輸出電容和一個(gè)帶有兩個(gè)繞組的耦合電感，本發(fā)明利用耦合電感來拓展變換器的電壓增益和降低功率開關(guān)管和二極管的電壓應(yīng)力，利用耦合電感的漏感實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的零電流開通和抑制二極管的反向恢復(fù)電流，箝位二極管和箝位電容組成的箝位電路有效吸收了功率開關(guān)管關(guān)斷時(shí)的電壓尖峰和實(shí)現(xiàn)了能量的無損轉(zhuǎn)移，利用倍壓電路進(jìn)一步提高了變換器的增益，并進(jìn)一步降低功率開關(guān)管及輸出二極管的電壓應(yīng)力，電路結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，適用于小功率，高增益和高效率的光伏并網(wǎng)發(fā)電變換場合。
文檔編號H02M3/10GK103051179SQ201210576330
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者楊波, 趙一, 智秀杰 申請人:杭州科為達(dá)電氣有限公司