專利名稱：具交錯(cuò)式柔性切換機(jī)制的高效率高升壓比直流轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是關(guān)于一種具交錯(cuò)式柔性切換機(jī)制的高效率高升壓比直流轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代高科技文明可說是建立在大量消耗石化能源的基礎(chǔ)上，但是根據(jù)研究統(tǒng)計(jì)，全球石油燃料儲(chǔ)藏量還可使用不到四十年，石化燃料逐漸枯竭。使用石化能源改善生活的同時(shí)，也產(chǎn)生大量的溫室氣體，導(dǎo)致溫室效應(yīng)與自然生態(tài)環(huán)境的破壞等，日漸高漲的石油價(jià)格也使得各國(guó)開始提倡節(jié)能減碳，并逐漸重視太陽(yáng)能、風(fēng)力與燃料電池等潔凈再生能源，使得能源科技漸漸往其它相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展。大型再生能源發(fā)電系統(tǒng)由于空間限制，在地狹人稠的海島建置不易，因此小型分 布式電源發(fā)電系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)也逐漸受到重視。小型再生能源系統(tǒng)可由太陽(yáng)光伏模塊或燃料電池、升壓型直流/直流轉(zhuǎn)換器(St印-Up DC/DC Converter)、直/交流轉(zhuǎn)換器(DC/AC Converter)等電能轉(zhuǎn)換電路所組成。一般的太陽(yáng)能或燃料電池等為低電壓直流電源(2(T45V)，但后級(jí)的直/交流轉(zhuǎn)換器卻需要較高的直流輸入電壓(35(T400V)，以將其轉(zhuǎn)換為常用的交流電(IIOVrms、220Vrms)供給負(fù)載或并入市電，因此需要一高升壓比直流/直流轉(zhuǎn)換器來(lái)達(dá)成前級(jí)升壓的目的。但此種轉(zhuǎn)換器為大電流輸入，容易造成較大的電流漣波與開關(guān)切換損失。

實(shí)用新型內(nèi)容有鑒于此，本實(shí)用新型提出一種高升壓比直流/直流轉(zhuǎn)換器，基于交錯(cuò)式切換與開關(guān)柔性切換的技術(shù)以提升轉(zhuǎn)換器效率，且具有寬廣的輸入、輸出電壓范圍與可模塊化的特色，相當(dāng)適合應(yīng)用于未來(lái)分布式再生能源系統(tǒng)。本實(shí)用新型的具交錯(cuò)式柔性切換機(jī)制的高效率高升壓比直流轉(zhuǎn)換器包括一倍壓升壓電路以及一主動(dòng)箝位電路。倍壓升壓電路包括兩個(gè)隔離變壓器、兩個(gè)設(shè)置在該兩個(gè)隔離變壓器一次側(cè)的主開關(guān)、四個(gè)設(shè)置在該兩個(gè)隔離變壓器二次側(cè)的二極管、以及四個(gè)設(shè)置在該兩個(gè)隔離變壓器二次側(cè)的電容，用以將一直流電源的電壓值提高到需要的電壓值。主動(dòng)箝位電路電性連接該倍壓升壓電路，包括兩個(gè)主動(dòng)式箝位開關(guān)以及一箝位電容，用于降低該兩個(gè)主開關(guān)上的電壓突波，使該兩個(gè)主開關(guān)及該兩個(gè)主動(dòng)式箝位開關(guān)在導(dǎo)通時(shí)能進(jìn)行柔性切換。作為優(yōu)選，主開關(guān)彼此間為交錯(cuò)式切換，主動(dòng)式箝位開關(guān)彼此間亦為交錯(cuò)式切換，而主開關(guān)與主動(dòng)式箝位開關(guān)之間為互補(bǔ)式切換。作為優(yōu)選，主開關(guān)與主動(dòng)式箝位開關(guān)切換時(shí)，均存在一盲時(shí)區(qū)間，以進(jìn)行柔性切換。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的具交錯(cuò)式柔性切換機(jī)制的高效率高升壓比直流轉(zhuǎn)換器具有以下優(yōu)點(diǎn)I.本實(shí)用新型的具交錯(cuò)式柔性切換機(jī)制的高效率高升壓比直流轉(zhuǎn)換器具備低壓側(cè)與高壓側(cè)電氣隔離(isolated)的電路保護(hù)特性；2.就提升轉(zhuǎn)換效率而言，輸入低壓側(cè)開關(guān)搭配主動(dòng)箝位技術(shù)以達(dá)零電壓柔性切換降低損失，故本實(shí)用新型的具交錯(cuò)式柔性切換機(jī)制的高效率高升壓比直流轉(zhuǎn)換器具備高轉(zhuǎn)換效率特性；3.本實(shí)用新型的具交錯(cuò)式柔性切換機(jī)制的高效率高升壓比直流轉(zhuǎn)換器采用主動(dòng)箝位技術(shù)，因此轉(zhuǎn)換器開關(guān)的工作范圍不受限制；而所述電路先天具有極高升壓比，利于將太陽(yáng)能電池模塊的低電壓提升高電壓，便于后級(jí)轉(zhuǎn)換器使用，如并聯(lián)市電，故本實(shí)用新型所揭示的直流轉(zhuǎn)換器非常適用于電壓變動(dòng)幅度較大的中小功率太陽(yáng)光伏模塊；4.本實(shí)用新型的具交錯(cuò)式柔性切換機(jī)制的高效率高升壓比直流轉(zhuǎn)換器具有模塊化的能力，且無(wú)須使用額外的電感，可降低成本利于量產(chǎn)。

圖I是依據(jù)本實(shí)用新型的具交錯(cuò)式柔性切換機(jī)制的高效率高升壓比直流轉(zhuǎn)換器的第一實(shí)施例的電路圖。圖2顯示本實(shí)用新型的具交錯(cuò)式柔性切換機(jī)制的高效率高升壓比直流轉(zhuǎn)換器的主開關(guān)及主動(dòng)式箝位開關(guān)切換操作所遵循的基本原則的示意圖。圖3顯示本實(shí)用新型的具交錯(cuò)式柔性切換機(jī)制的高效率高升壓比直流轉(zhuǎn)換器的主開關(guān)及主動(dòng)式箝位開關(guān)于十二個(gè)工作模式中切換操作情形。圖4是依據(jù)本實(shí)用新型的具交錯(cuò)式柔性切換機(jī)制的高效率高升壓比直流轉(zhuǎn)換器的第一實(shí)施例于工作模式一的等效電路。圖5是依據(jù)本實(shí)用新型的具交錯(cuò)式柔性切換機(jī)制的高效率高升壓比直流轉(zhuǎn)換器的第一實(shí)施例于工作模式二的等效電路。圖6是依據(jù)本實(shí)用新型的具交錯(cuò)式柔性切換機(jī)制的高效率高升壓比直流轉(zhuǎn)換器的第一實(shí)施例于工作模式三的等效電路。圖7是依據(jù)本實(shí)用新型的具交錯(cuò)式柔性切換機(jī)制的高效率高升壓比直流轉(zhuǎn)換器的第一實(shí)施例于工作模式四的等效電路。圖8是依據(jù)本實(shí)用新型的具交錯(cuò)式柔性切換機(jī)制的高效率高升壓比直流轉(zhuǎn)換器的第一實(shí)施例于工作模式五的等效電路。圖9是依據(jù)本實(shí)用新型的具交錯(cuò)式柔性切換機(jī)制的高效率高升壓比直流轉(zhuǎn)換器的第一實(shí)施例于工作模式六的等效電路。圖10是依據(jù)本實(shí)用新型的具交錯(cuò)式柔性切換機(jī)制的高效率高升壓比直流轉(zhuǎn)換器的第一實(shí)施例于工作模式七的等效電路。圖11是依據(jù)本實(shí)用新型的具交錯(cuò)式柔性切換機(jī)制的高效率高升壓比直流轉(zhuǎn)換器的第一實(shí)施例于工作模式八的等效電路。圖12是依據(jù)本實(shí)用新型的具交錯(cuò)式柔性切換機(jī)制的高效率高升壓比直流轉(zhuǎn)換器的第一實(shí)施例于工作模式九的等效電路。圖13是依據(jù)本實(shí)用新型的具交錯(cuò)式柔性切換機(jī)制的高效率高升壓比直流轉(zhuǎn)換器的第一實(shí)施例于工作模式十的等效電路。圖14是依據(jù)本實(shí)用新型的具交錯(cuò)式柔性切換機(jī)制的高效率高升壓比直流轉(zhuǎn)換器的第一實(shí)施例于工作模式十一的等效電路。圖15是依據(jù)本實(shí)用新型的具交錯(cuò)式柔性切換機(jī)制的高效率高升壓比直流轉(zhuǎn)換器的第一實(shí)施例于工作模式十二的等效電路。圖16是依據(jù)本實(shí)用新型的具交錯(cuò)式柔性切換機(jī)制的高效率高升壓比直流轉(zhuǎn)換器的第二實(shí)施例的電路圖。圖17是依據(jù)本實(shí)用新型的具交錯(cuò)式柔性切換機(jī)制的高效率高升壓比直流轉(zhuǎn)換器的第三實(shí)施例的電路圖。圖18是依據(jù)本實(shí)用新型的具交錯(cuò)式柔性切換機(jī)制的高效率高升壓比直流轉(zhuǎn)換器的第四實(shí)施例的電路圖。圖19是依據(jù)本實(shí)用新型的具交錯(cuò)式柔性切換機(jī)制的高效率高升壓比直流轉(zhuǎn)換器的第五實(shí)施例的電路圖。 主要附圖標(biāo)記說明10-主動(dòng)箝位電路 20-倍壓升壓電路30-直流轉(zhuǎn)換器40-負(fù)載101-主動(dòng)式箝位開關(guān) 102-主動(dòng)式箝位開關(guān)105-箝位電容106-箝位電容107-箝位電容210-主開關(guān)211-主開關(guān)220-隔離變壓器221-隔離變壓器231-二極管232- 二極管233- 二極管234-二極管241-電容242-電容243-電容244-電容2201-激磁電感2202-漏電感2211-激磁電感2212-漏電感l(wèi):nl_匝數(shù)比l:n2_ 匝數(shù)比iLkl_ 電流iLk2-電流 iLml-電流iLni2-電流 Vo-輸出電壓Vs-輸入電壓
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型的具交錯(cuò)式柔性切換機(jī)制的高效率高升壓比直流轉(zhuǎn)換器的上述目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例并配合所附的附圖做詳細(xì)說明。圖I是依據(jù)本實(shí)用新型的具交錯(cuò)式柔性切換機(jī)制的高效率高升壓比直流轉(zhuǎn)換器的第一實(shí)施例的電路圖，此直流轉(zhuǎn)換器30包括一主動(dòng)箝位電路10以及一倍壓升壓電路20。倍壓升壓電路20包括兩組隔離變壓器220、221，兩個(gè)設(shè)置在隔離變壓器220、221 —次側(cè)的主開關(guān)210、211，四個(gè)設(shè)置在隔離變壓器220、221次側(cè)的二極管231、232、233、234以及電容241、242、243、244，而隔離變壓器220、221分別包括激磁電感2201、2211與漏電感2202、2212。倍壓升壓電路20具有高電壓轉(zhuǎn)換比的特點(diǎn)，可降低主開關(guān)210、211的導(dǎo)通損失，有助于效率提升。主動(dòng)箝位電路10電性連接倍壓升壓電路20，其包括兩個(gè)主動(dòng)式箝位開關(guān)101U02與兩個(gè)箝位電容105、106，其主要目的在于降低主開關(guān)210、211上的電壓突波、并使得主開關(guān)210、211及主動(dòng)式箝位開關(guān)101、102導(dǎo)通時(shí)可具有零電壓切換(Zero VoltageSwitching, ZVS)的柔性切換特性，進(jìn)一步增加整體電路的電能轉(zhuǎn)換效率。本實(shí)用新型的直流轉(zhuǎn)換器30輸出端可接以負(fù)載或后級(jí)轉(zhuǎn)換器。圖2顯示主開關(guān)210、211及主動(dòng)式箝位開關(guān)101、102切換操作所遵循的基本原則的示意圖，主開關(guān)210與211保持交錯(cuò)式(相差半個(gè)切換周期，即相位差180° )控制方式如圖2中V21(l、V211所示(分別為主開關(guān)210與211的驅(qū)動(dòng)電壓)，而主動(dòng)式箝位開關(guān)101、102的切換則如該圖2中V1(I1、V1(I2所示(分別為主動(dòng)式箝位開關(guān)101、102的驅(qū)動(dòng)電壓)，其分別與主開關(guān)210、211成互補(bǔ)式切換。為了避免一次側(cè)箝位電容105、106發(fā)生短路的現(xiàn)象，主開關(guān)210、211與主動(dòng)式箝位開關(guān)101、102之間需加入一盲時(shí)區(qū)間(dead time)，其工作模式可依開關(guān)導(dǎo)通與截止如圖3所示，將一周期區(qū)分為十二個(gè)區(qū)間，以下將說明本實(shí)用新型的直流轉(zhuǎn)換器30的工作模式。直流轉(zhuǎn)換器30于工作模式一時(shí)，其等效電路如圖4所示，此時(shí)主開關(guān)210、211導(dǎo)通，主動(dòng)式箝位開關(guān)101、102截止，二極管233、232導(dǎo)通，二極管231、234截止。由于直流轉(zhuǎn)換器30于前一個(gè)工作模式(模式十二)時(shí)，主開關(guān)210電流先行流經(jīng)主開關(guān)210的等效寄生二極管(body diode)(未標(biāo)示)，故于工作模式一時(shí)主開關(guān)210可達(dá)到ZVS導(dǎo)通的特性。隔離變壓器220 —次側(cè)輸入電流由標(biāo)示點(diǎn)流出，所以隔離變壓器220 二次側(cè)電流由標(biāo)示點(diǎn)流入，并且流經(jīng)二極管233而對(duì)電容243儲(chǔ)能。電容241對(duì)負(fù)載40釋能。隔離變壓器221 一次側(cè)輸入電流由標(biāo)示點(diǎn)流入，所以隔離變壓器221 二次側(cè)電流由標(biāo)示點(diǎn)流出，并且流經(jīng)二極管232與電容244而對(duì)電容242與負(fù)載40釋能。圖4中所示的電流方向，虛線為工作模式一開始時(shí)的電流方向，實(shí)線則為工作模式一結(jié)束時(shí)的電流方向。由圖4中可知流經(jīng)漏電感2202的電流Iud于工作模式一中會(huì)由負(fù)電流上升至正電流。當(dāng)流經(jīng)漏電感2202電流‘等于流經(jīng)激磁電感2201電流ital時(shí)，隔離變壓器220 —次側(cè)電流會(huì)開始轉(zhuǎn)為由標(biāo)示點(diǎn)流入，此時(shí)進(jìn)入工作模式二。工作模式二的等效電路如圖5所示，主開關(guān)210、211導(dǎo)通，主動(dòng)式箝位開關(guān)101、102截止，二極管231、232導(dǎo)通，二極管233、234截止。隔離變壓器220、221 —次側(cè)電流皆由標(biāo)示點(diǎn)流入，所以隔離變壓器220、221 二次側(cè)電流皆由標(biāo)示點(diǎn)流出，并且分別流經(jīng)二極管231、232與電容243、244，而對(duì)電容241、242與負(fù)載40釋能。如圖3所示，工作模式二中當(dāng)主開關(guān)211截止時(shí)，則進(jìn)入工作模式三。工作模式三的等效電路如圖6所示，主開關(guān)210導(dǎo)通，主開關(guān)211、主動(dòng)式箝位開關(guān)101、102截止，二極管231、232導(dǎo)通，二極管233、234截止，此時(shí)為開關(guān)盲時(shí)時(shí)間(deadtime)。隔離變壓器220、221 —次側(cè)電流皆由標(biāo)示點(diǎn)流入，所以隔離變壓器220、221 二次側(cè)電流皆由標(biāo)示點(diǎn)流出，并且分別流經(jīng)二極管231、232與電容243、244，對(duì)電容241、242與負(fù)載40釋能。因?yàn)槁╇姼?212電流續(xù)流，迫使主動(dòng)式箝位開關(guān)102的等效寄生二極管(body diode)導(dǎo)通,使主動(dòng)式箝位開關(guān)102電流先行流經(jīng)主動(dòng)式箝位開關(guān)102的等效寄生二極管(body diode)，因此可使主動(dòng)式箝位開關(guān)102于工作模式四開始時(shí)達(dá)到ZVS導(dǎo)通。如圖3所示，工作模式三中當(dāng)主動(dòng)式箝位開關(guān)102導(dǎo)通時(shí)，則進(jìn)入工作模式四。工作模式四的等效電路如圖7所示，主開關(guān)210、主動(dòng)式箝位開關(guān)102導(dǎo)通，主開關(guān)211、主動(dòng)式箝位開關(guān)101截止，二極管231、232導(dǎo)通，二極管233、234截止。如前述，由于直流轉(zhuǎn)換器30于前一個(gè)工作模式(工作模式三)時(shí)，主動(dòng)式箝位開關(guān)102的等效寄生二極管(body diode)已先行導(dǎo)通，因此主動(dòng)式箝位開關(guān)102于工作模式四開始時(shí)可達(dá)到ZVS導(dǎo)通。隔離變壓器220、221 —次側(cè)電流皆由標(biāo)示點(diǎn)流入，所以隔離變壓器220、221 二次側(cè)電流皆由標(biāo)示點(diǎn)流出，并且分別流經(jīng)二極管231、232與電容243、244，對(duì)電容241、242與負(fù)載40釋能。工作模式四中當(dāng)流經(jīng)漏電感2212電流等于流經(jīng)激磁電感2211電流ita2時(shí)，隔離變壓器221 —次側(cè)電流會(huì)開始轉(zhuǎn)為由標(biāo)示點(diǎn)流出，此時(shí)進(jìn)入工作模式五。工作模式五的等效電路如圖8所示，主開關(guān)210、主動(dòng)式箝位開關(guān)102導(dǎo)通，主開關(guān)211、主動(dòng)式箝位開關(guān)101截止，二極管231、234導(dǎo)通，二極管233、232截止。隔離變壓器220 一次側(cè)電流由標(biāo)示點(diǎn)流入，所以隔離變壓器220 二次側(cè)電流由標(biāo)示點(diǎn)流出，并且流經(jīng)二極管231與電容243對(duì)電容241與負(fù)載40釋能。隔離變壓器221 —次側(cè)電流由標(biāo)示點(diǎn)流出，所以隔離變壓器221 二次側(cè)電流由標(biāo)示點(diǎn)流入，并且流經(jīng)二極管234對(duì)電容244儲(chǔ)能， 電容242對(duì)負(fù)載40釋能。圖8中所示的電流方向，虛線為工作模式五開始時(shí)的電流方向，實(shí)線則為工作模式五結(jié)束時(shí)的電流方向。由圖8中可知流經(jīng)漏電感2212的電流于工作模式五中會(huì)由正電流下降至負(fù)電流。如圖3所示，工作模式五中當(dāng)主動(dòng)式箝位開關(guān)102截止時(shí)，則進(jìn)入工作模式六。工作模式六的等效電路如圖9所示，主開關(guān)210導(dǎo)通，主開關(guān)211、主動(dòng)式箝位開關(guān)101、102截止，二極管231、234導(dǎo)通，二極管233、232截止，此時(shí)為開關(guān)盲時(shí)時(shí)間(deadtime)。隔離變壓器220 —次側(cè)電流由標(biāo)示點(diǎn)流入，所以隔離變壓器220 二次側(cè)電流由標(biāo)示點(diǎn)流出，并且流經(jīng)二極管231與電容243對(duì)電容241與負(fù)載40釋能。隔離變壓器221 —次側(cè)電流由標(biāo)示點(diǎn)流出，所以隔離變壓器221 二次側(cè)電流由標(biāo)示點(diǎn)流入，并且流經(jīng)二極管234對(duì)電容244儲(chǔ)能。電容242對(duì)負(fù)載40釋能。因?yàn)槁╇姼?212電流續(xù)流，迫使主開關(guān)211的等效寄生二極管(body diode)導(dǎo)通，使主開關(guān)211電流先行流經(jīng)主開關(guān)211的等效寄生二極管(body diode)，因此可使主開關(guān)211于工作模式七開始時(shí)達(dá)到ZVS導(dǎo)通。如第3圖所示，工作模式六中當(dāng)主開關(guān)211導(dǎo)通時(shí)，則進(jìn)入工作模式七。工作模式七的等效電路如圖10所示，此時(shí)主開關(guān)210、211導(dǎo)通，主動(dòng)式箝位開關(guān)101、102截止，二極管231、234導(dǎo)通，二極管233、232截止。如前述，由于直流轉(zhuǎn)換器30于前一個(gè)工作模式(模式六)時(shí)，主開關(guān)211電流先行流經(jīng)主開關(guān)211的等效寄生二極管(bodydiode)，故于工作模式七時(shí)主開關(guān)211可達(dá)到ZVS導(dǎo)通的特性。隔離變壓器220 —次側(cè)輸入電流由標(biāo)示點(diǎn)流入，所以隔離變壓器220 二次側(cè)電流由標(biāo)示點(diǎn)流出，并且流經(jīng)二極管231與電容243對(duì)電容241與負(fù)載40釋能。隔離變壓器221 —次側(cè)輸入電流由標(biāo)示點(diǎn)流出，所以隔離變壓器221 二次側(cè)電流由標(biāo)示點(diǎn)流入，并且流經(jīng)二極管234對(duì)電容244儲(chǔ)能。電容242對(duì)負(fù)載40釋能。圖10中所示的電流方向，虛線為工作模式七開始時(shí)的電流方向，實(shí)線則為工作模式七結(jié)束時(shí)的電流方向。由圖10中可知流經(jīng)漏電感2212的電流Iut2于工作模式七中會(huì)由負(fù)電流上升至正電流。當(dāng)流經(jīng)漏電感2212電流等于流經(jīng)激磁電感2211電流ita2時(shí)，隔離變壓器221 —次側(cè)電流會(huì)開始轉(zhuǎn)為由標(biāo)示點(diǎn)流入，此時(shí)進(jìn)入工作模式八。工作模式八其等效電路如圖11所示，主開關(guān)210、211導(dǎo)通，主動(dòng)式箝位開關(guān)101、102截止，二極管231、232導(dǎo)通，二極管233、234截止。隔離變壓器220、221 —次側(cè)電流皆由標(biāo)示點(diǎn)流入，所以隔離變壓器220、221 二次側(cè)電流皆由標(biāo)示點(diǎn)流出，并且分別流經(jīng)二極管231、232與電容243、244，對(duì)電容241、242與負(fù)載40釋能。如圖3所示，工作模式八中當(dāng)主開關(guān)210截止時(shí)，則進(jìn)入工作模式九。工作模式九的等效電路如圖12所示，主開關(guān)211導(dǎo)通，主開關(guān)210、主動(dòng)式箝位開關(guān)101、102截止，二極管231、232導(dǎo)通，二極管233、234截止，此時(shí)為開關(guān)盲時(shí)時(shí)間(deadtime)。隔離變壓器220、221 —次側(cè)電流皆由標(biāo)示點(diǎn)流入，所以隔離變壓器220、221 二次側(cè)電流皆由標(biāo)示點(diǎn)流出，并且分別流經(jīng)二極管231、232與電容243、244，對(duì)電容241、242與負(fù)載40釋能。因?yàn)槁╇姼?202電流Iud續(xù)流，迫使主動(dòng)式箝位開關(guān)101的等效寄生二極管(body diode)導(dǎo)通,使主動(dòng)式箝位開關(guān)101電流先行流經(jīng)主動(dòng)式箝位開關(guān)101的等效寄生二極管(body diode)，因此可使主動(dòng)式箝位開關(guān)101于工作模式十開始時(shí)達(dá)到ZVS導(dǎo)通。如第3圖所示，工作模式九中當(dāng)主動(dòng)式箝位開關(guān)101導(dǎo)通時(shí)，則進(jìn)入工作模式十。工作模式十的等效電路如圖13所示，主開關(guān)211、主動(dòng)式箝位開關(guān)101導(dǎo)通，主開關(guān)210、主動(dòng)式箝位開關(guān)102截止，二極管231、232導(dǎo)通，二極管233、234截止。如前述，由于直流轉(zhuǎn)換器30于前一個(gè)工作模式(工作模式九)時(shí)，主動(dòng)式箝位開關(guān)101的等效寄生二 極管(body diode)已先行導(dǎo)通，因此主動(dòng)式箝位開關(guān)101于工作模式十開始時(shí)可達(dá)到ZVS導(dǎo)通。隔離變壓器220、221—次側(cè)電流皆由標(biāo)示點(diǎn)流入，所以隔離變壓器220、221 二次側(cè)電流皆由標(biāo)示點(diǎn)流出，并且分別流經(jīng)二極管231、232與電容243、244，對(duì)電容241、242與負(fù)載40釋能。工作模式十中當(dāng)流經(jīng)漏電感2202電流等于流經(jīng)激磁電感2201電流ital時(shí)，隔離變壓器220 —次側(cè)電流會(huì)開始轉(zhuǎn)為由標(biāo)示點(diǎn)流出，此時(shí)進(jìn)入工作模式十一。工作模式i^一的等效電路如圖14所示，主開關(guān)211、主動(dòng)式箝位開關(guān)101導(dǎo)通，主開關(guān)210、主動(dòng)式箝位開關(guān)102截止，二極管233、232導(dǎo)通，二極管231、234截止。隔離變壓器220 —次側(cè)電流由標(biāo)示點(diǎn)流出，所以隔離變壓器220 二次側(cè)電流由標(biāo)示點(diǎn)流入，并且流經(jīng)二極管233對(duì)電容243儲(chǔ)能，電容241對(duì)負(fù)載40釋能。隔離變壓器221 —次側(cè)電流由標(biāo)示點(diǎn)流入，所以隔離變壓器221 二次側(cè)電流由標(biāo)示點(diǎn)流出，并且流經(jīng)二極管232與電容244對(duì)電容242與負(fù)載40釋能。圖14中所示的電流方向，虛線為工作模式^^一開始時(shí)的電流方向，實(shí)線則為工作模式i^一結(jié)束時(shí)的電流方向。由圖14中可知流經(jīng)漏電感2202的電流于工作模式十一中會(huì)由正電流下降至負(fù)電流。如圖3所示，工作模式i^一中當(dāng)主動(dòng)式箝位開關(guān)101截止時(shí)，則進(jìn)入工作模式十二。工作模式十二的等效電路如圖15所示，主開關(guān)211導(dǎo)通，主開關(guān)210、主動(dòng)式箝位開關(guān)101、102截止，二極管233、232導(dǎo)通，二極管231、234截止，此時(shí)為開關(guān)盲時(shí)時(shí)間(deadtime)。隔離變壓器220 —次側(cè)電流由標(biāo)示點(diǎn)流出，所以隔離變壓器220 二次側(cè)電流由標(biāo)示點(diǎn)流入，并且流經(jīng)二極管233對(duì)電容243儲(chǔ)能。電容241對(duì)負(fù)載40釋能。隔離變壓器221一次側(cè)電流由標(biāo)示點(diǎn)流入，所以隔離變壓器221 二次側(cè)電流由標(biāo)示點(diǎn)流出，并且流經(jīng)二極管232與電容244對(duì)電容242與負(fù)載40釋能。因?yàn)槁╇姼?202電流續(xù)流，迫使主開關(guān)210的等效寄生二極管(body diode)導(dǎo)通，使開關(guān)主210電流先行流經(jīng)主開關(guān)210的等效寄生二極管(body diode)，因此可使主開關(guān)210于工作模式一開始時(shí)達(dá)到ZVS導(dǎo)通。如圖3所示，工作模式十二中當(dāng)主開關(guān)210導(dǎo)通時(shí)，則回到工作模式一，如此周而復(fù)始。此轉(zhuǎn)換器經(jīng)由數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)與仿真驗(yàn)證，可得其理想升壓比為(當(dāng)隔離變壓器!\、T2的匝數(shù)比皆為n) (nfnfn)V0 2η其中V。為輸出電壓；Vs為輸入電壓；D為主開關(guān)210、211的導(dǎo)通周期，稱為開關(guān)工作周期。此外，依隨著不同主動(dòng)箝位電路擺置配接，可發(fā)展出本實(shí)用新型電路架構(gòu)的其它實(shí)施例。請(qǐng)參閱圖16、圖17、圖18、及圖19，其分別為本實(shí)用新型的直流轉(zhuǎn)換器的第二實(shí)施
例、第三實(shí)施例、第四實(shí)施例、及第五實(shí)施例的電路圖，其與第一實(shí)施例的差異僅在于主動(dòng)式箝位開關(guān)101、102與箝位電容105、106的配接方式不同，而第四實(shí)施例及第五實(shí)施例更將兩個(gè)箝位電容105、106合并，僅使用一箝位電容107，動(dòng)作原理及功效均類似，升壓比亦相同，故此不再贅述。本實(shí)用新型的具交錯(cuò)式柔性切換機(jī)制的高效率高升壓比直流轉(zhuǎn)換器可應(yīng)用于再生能源系統(tǒng)，如太陽(yáng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，然而可以了解到本實(shí)用新型的應(yīng)用并不限于此，凡須將直流電源升壓的系統(tǒng)皆可采用本實(shí)用新型。雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本實(shí)用新型，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，仍可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本實(shí)用新型的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種具交錯(cuò)式柔性切換機(jī)制的高效率高升壓比直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括 一倍壓升壓電路，包括兩個(gè)隔離變壓器、兩個(gè)設(shè)置在該兩個(gè)隔離變壓器一次側(cè)的主開關(guān)、四個(gè)設(shè)置在該兩個(gè)隔離變壓器二次側(cè)的二極管、以及四個(gè)設(shè)置在該兩個(gè)隔離變壓器二次側(cè)的電容，用以將一直流電源的電壓值提高到需要的電壓值； 一主動(dòng)箝位電路，電性連接該倍壓升壓電路，包括兩個(gè)主動(dòng)式箝位開關(guān)以及一箝位電容，用于降低該兩個(gè)主開關(guān)上的電壓突波，使該兩個(gè)主開關(guān)及該兩個(gè)主動(dòng)式箝位開關(guān)在導(dǎo)通時(shí)能進(jìn)行柔性切換。
2.如權(quán)利要求I所述的具交錯(cuò)式柔性切換機(jī)制的高效率高升壓比直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該兩個(gè)主開關(guān)彼此間為交錯(cuò)式切換，該兩個(gè)主動(dòng)式箝位開關(guān)彼此間亦為交錯(cuò)式切換，而該兩個(gè)主開關(guān)與該兩個(gè)主動(dòng)式箝位開關(guān)之間為互補(bǔ)式切換。
3.如權(quán)利要求2所述的具交錯(cuò)式柔性切換機(jī)制的高效率高升壓比直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該兩個(gè)主開關(guān)與該兩個(gè)主動(dòng)式箝位開關(guān)切換時(shí)，均存在一用以進(jìn)行柔性切換的盲時(shí)區(qū)間。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種具交錯(cuò)式柔性切換機(jī)制的高效率高升壓比直流轉(zhuǎn)換器，包括一倍壓升壓電路以及一主動(dòng)箝位電路。倍壓升壓電路包括兩個(gè)隔離變壓器、兩個(gè)設(shè)置在隔離變壓器一次側(cè)的主開關(guān)、四個(gè)設(shè)置在隔離變壓器二次側(cè)的二極管、以及四個(gè)設(shè)置在隔離變壓器二次側(cè)的電容，用以將一直流電源的電壓提高到需要的電壓值。主動(dòng)箝位電路電性連接倍壓升壓電路，包括兩個(gè)主動(dòng)式箝位開關(guān)以及一箝位電容，用于降低主開關(guān)上的電壓突波，使主開關(guān)及主動(dòng)式箝位開關(guān)在導(dǎo)通時(shí)能進(jìn)行柔性切換。本實(shí)用新型的一種高升壓比直流轉(zhuǎn)換器，基于交錯(cuò)式切換與開關(guān)柔性切換的技術(shù)以提升轉(zhuǎn)換器效率，具有寬廣的輸入、輸出電壓范圍與可模塊化，適合應(yīng)用于未來(lái)分布式再生能源系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H02M3/28GK202721610SQ20122033187
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月9日
發(fā)明者潘晴財(cái), 鄭明杰, 賴慶明, 周彥良, 方志行, 詹文偉 申請(qǐng)人:亞力電機(jī)股份有限公司