一種隔離型諧振高升壓比電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種隔離型諧振高升壓比電路，屬于光伏變換器【技術(shù)領域】。所述的隔離型諧振高升壓比電路包括第一開關管（）、第二開關管（）、諧振電容（）、變壓器（）、第一二極管（）、第二二極管（）、第一輸出電容（）、第二輸出電容（）。該電路適用于低壓輸入高壓輸出場合，在寬輸入電壓范圍內(nèi)實現(xiàn)全負載下的開關管零電壓開通和二極管的零電流關斷，減小變換器的開關損耗，優(yōu)化變換器的系統(tǒng)效率，同時具有器件少、壽命長、成本低、控制簡單等優(yōu)勢。
【專利說明】一種隔離型諧振高升壓比電路
[0001]【技術(shù)領域】
本發(fā)明公開了一種隔離型諧振高升壓比電路，屬于光伏變換器【技術(shù)領域】。
[0002]【背景技術(shù)】
近年來，隨著能源需求的快速增長，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)得到了廣泛的關注。由于單塊光伏組件的輸出電壓低于50V，傳統(tǒng)的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)通常采用將光伏組件串聯(lián)的形式來獲取直流母線高壓。但是當有部分光伏組件被遮擋時，系統(tǒng)功率輸出會大幅降低。分布式微型變換器(微變換器)可有效解決這個問題，微變換器對每個光伏組件提供最大功率點控制，從而使每個組件輸出最大的功率，提高光伏系統(tǒng)的性能。
[0003]圖1(a)、(b)給出了傳統(tǒng)的升壓式變換器結(jié)構(gòu)，它們應用在高升壓比的場合均存在明顯不足。圖1(a)為boost變換器，由于高升壓比需要很高的占空比，導致功率器件的導通電流具有很高峰值，從而大幅增加了導通損耗。圖1(b)為flyback變換器，該結(jié)構(gòu)通過變壓器來實現(xiàn)高升壓比的變換，但是高變比的變壓器會增大漏感。此外，以上兩種結(jié)構(gòu)功率器件均工作在硬開關狀態(tài)下，引起的開關損耗影響了效率的提升。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷和不足，提出了一種隔離型諧振高升壓比電路，其適用于低壓輸入高壓輸出場合，可以減小變換器的開關損耗，在寬輸入電壓、寬負載范圍內(nèi)優(yōu)化變換器的系統(tǒng)效率，同時具有器件少、壽命長、成本低、控制簡單等優(yōu)勢。
[0005]本發(fā)明為解決其技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案:
一種隔離型諧振高升壓比電路，包括第一開關管G、第二開關管β、諧振電容、變壓器$、第一二極管1?、第二二極管Q2、第一輸出電容Cisl、第二輸出電容Ctf2，其中在變壓器原邊，第一開關管G和第二開關管β2串聯(lián)與輸入相連構(gòu)成一個橋臂，諧振電容Cr與諧振電感盡串聯(lián)再和變壓器3；激磁電感Iws串聯(lián)接在下橋臂兩端，其中諧振電容C；與變壓器3；的諧振電感?；和激磁電感構(gòu)成串聯(lián)諧振電路，在變壓器副邊，第一二極管Dol和第二二極管串聯(lián)構(gòu)成一個橋臂,第一輸出電容Citfl和第二輸出電容串聯(lián)構(gòu)成另一橋臂，第一二極管Dd陰極與第一輸出電容Ct3l —端相連，第二二極管Ι)σ2陽極與第二輸出電容G2 —端相連，第一二極管Da、第二二極管D02、第一輸出電容Csl、第二輸出
電容G2共同構(gòu)成全橋倍壓電路，變壓器副邊兩端分別與兩個橋臂的中點相接。
[0006]本發(fā)明的有益效果如下:
1、本發(fā)明可以在全負載、寬輸入范圍使開關管零電壓開通，從而大幅度減少了開關損耗。
[0007]2、本發(fā)明能夠在全負載、寬輸入范圍使副邊二極管零電流關斷，避免了二極管的反向恢復問題，從而提升了效率。[0008]3、本發(fā)明副邊使用倍壓電路，輸出電壓為兩倍的變壓器副邊電壓，有效提升了變換器的增益，減小了二極管耐壓值，并有利于變壓器的設計。
[0009]4、本發(fā)明在寬范圍電壓輸入的條件下開關頻率變化較小，有利于磁性元件設計優(yōu)化，并且保持變換器的高效率，十分適合光伏組件等輸入電壓不恒定的場合使用。
[0010]5、本發(fā)明使用隔離型結(jié)構(gòu)，安全可靠。
[0011]6、本發(fā)明不含有電解電容，可有效提高變換器使用壽命。
[0012]7、本發(fā)明使用元件較少，電路結(jié)構(gòu)和控制都很簡單，因此實際電路體積、成本小，通用性強。
[0013]【專利附圖】

【附圖說明】
圖1 (a)是傳統(tǒng)光伏微型boost變換器電路原理圖；圖1 (b)傳統(tǒng)光伏微型flyback變換器電路原理圖。
[0014]圖2是本發(fā)明的電路原理圖。
[0015]圖3是本發(fā)明的工作波形圖。
[0016]圖4是本發(fā)明的輸出-輸入電壓增益與開關頻率關系圖。
[0017]圖5是本發(fā)明的開關管ZVS波形圖。
[0018]圖6是本發(fā)明的二極管ZCS波形圖。
[0019]【具體實施方式】·
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明創(chuàng)造做進一步詳細說明。
[0020]圖2給出了隔離型諧振高升壓比電路的原理圖。在變壓器原邊，第一開關管Q和
第二開關管β2串聯(lián)與輸入相連構(gòu)成一個橋臂，諧振電容與諧振電感i；串聯(lián)再和變壓
器激磁電感串聯(lián)接在下橋臂兩端，其中諧振電容與變壓器I；的諧振電感及和激
磁電感構(gòu)成串聯(lián)諧振電路，在變壓器副邊，第一二極管Dd和第二二極管Di2串聯(lián)構(gòu)成
一個橋臂，第一輸出電容Cri和第二輸出電容C^2串聯(lián)構(gòu)成另一橋臂,第一二極管Dd陰極
與第一輸出電容Cirf —端相連,第二二極管Dss2陽極與第二輸出電容C。一端相連,第一二
極管Da、第二二極管Do2、第一輸出電容C0l、第二輸出電容共同構(gòu)成全橋倍壓電路，變壓器副邊兩端分別與兩個橋臂的中點相接。
[0021]一種隔離型諧振高升壓比電路的控制方法:原邊開關管各50%占空比互補導通，選擇合適的開關頻率/】范圍和死區(qū)時間，使得原邊開關管實現(xiàn)零電壓開通(ZVS)，副邊二
極管實現(xiàn)零電流關斷(ZCS)。通過改變，可改變輸出電壓大小。
[0022]圖3給出了隔離型諧振高升壓比電路的工作波形圖。具體工作原理如下:
狀態(tài)I (O1):在此狀態(tài)下第一開關管β處于導通狀態(tài)，變壓器原邊向副邊傳遞能量，
副邊第一二極管Da導通，第二二極管Dfl2截止。諧振電容4與諧振電感丨諧振，激磁電感兩端電壓被輸出電壓箝位，不參與諧振。副邊第一輸出電容Cftjl充電,第二輸出電容放電。在時刻，諧振電流&與激磁電感上的電流?已經(jīng)相等，此時變壓器原副邊之間不
再有能量轉(zhuǎn)移，流經(jīng)第一二極管.Dd的電流自然下降到O，使得二極管在零電流狀態(tài)下關斷，實現(xiàn)零電流關斷(ZCS )，無反向恢復的問題。
[0023]狀態(tài)2 UCt2):在此狀態(tài)下第一開關管Qx依舊處于導通狀態(tài)，但變壓器原邊不向副邊傳遞能量，此時負載由第一輸出電容G1、第二輸出電容Ci72共同放電提供能量。由于此狀態(tài)下原邊諧振電流f等于激磁電感上的電流激磁電感的電壓將不會被輸出電壓所箝制住，所以在此狀態(tài)下激磁電感將會參與諧振，激磁電感上的電流im可以被視為恒定電流源。(2時刻第一開關管G關斷，此狀態(tài)結(jié)束。
[0024]狀態(tài)3 (?213):在此狀態(tài)下第一開關管Q1、第二開關管Q1都處于關斷狀態(tài)，第一
開關管G的寄生電容充電，第二開關管β2的寄生電容放電，由于寄生電容很小，第二開關
管以寄生電容上的電壓很快降為0，此時第二開關管以的寄生二極管導通，第二開關管
02兩端電壓&,2為O。此狀態(tài)下變壓器傳遞能量，副邊第二二極管Da導通，第一二極管
2?截止。第二輸出電容Ctf2充電,第一輸出電容Cftfl放電。?3時刻第二開關管β；2開通，由
于此時第二開關管β兩端電壓ν?2為0，因此實現(xiàn)開關管的零電壓開通(ZVS)，大幅減小了開通損耗。
[0025]之后的工作狀態(tài)與狀態(tài)1-3類似，在此不再贅述。
[0026]本發(fā)明電路輸出-輸入電壓增益調(diào)節(jié)通過改變開關頻率實現(xiàn)，建立電路模型，可得輸出電壓G和輸入電壓匕的關系為:
【權(quán)利要求】
1.一種隔離型諧振高升壓比電路，其特征在于包括第一開關管(G)、第二開關管(β2)、諧振電容(C；)、變壓器(3；)、第一二極管(1?)、第二二極管(島2)、第一輸出電容(Q1)、第二輸出電容)，其中在變壓器原邊，第一開關管(Gi)和第二開關管(β^ )串聯(lián)與輸入相連構(gòu)成一個橋臂，諧振電容)與諧振電感(厶)串聯(lián)后再和變壓器(I；)的激磁電感()串聯(lián)接在下橋臂兩端，其中諧振電容(G )與變壓器(Tf.)的諧振電感(^ )和激磁電感)構(gòu)成串聯(lián)諧振電路，在變壓器副邊，第一二極管(Dill )和第二二極管(總2)串聯(lián)構(gòu)成一個橋臂,第一輸出電容(Ci3l)和第二輸出電容(C^ )串聯(lián)構(gòu)成另一橋臂,第一二極管(Dfll )陰極與第一輸出電容(Ck ) 一端相連，第二二極管(兌2)陽極與第二輸出電容(Q2 ) 一端相連，第一二極管(Dsl )、第二二極管(Do2 )、第一輸出電容(Cffill )、第二輸出電容(G2)共同構(gòu)成全橋倍壓電路，變壓器副邊兩端分別與兩個橋臂的中點相接。
【文檔編號】H02M3/28GK103683941SQ201310671008
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月12日
【發(fā)明者】張之梁, 桂涵東, 何曉飛, 蔡衛(wèi) 申請人:南京航空航天大學