融合耦合電感與倍壓電路的升壓變換器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開的是一種融合耦合電感與倍壓電路的升壓變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具有較高的升壓能力，屬于電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】，它包括兩個(gè)可控的功率開關(guān)管，兩個(gè)帶有兩個(gè)繞組的耦合電感，三個(gè)單向整流二極管，一個(gè)輸出二極管，一個(gè)箝位電容，兩個(gè)中間儲(chǔ)能電容，一個(gè)輸出濾波電容。本實(shí)用新型的融合耦合電感與倍壓電路的升壓變換器中的耦合電感及倍壓電路能夠?qū)崿F(xiàn)更高升壓比的輸出，并能降低功率開關(guān)管和二極管的峰值電壓應(yīng)力，同時(shí)利用耦合電感的漏感實(shí)現(xiàn)功率開關(guān)管的零電流開通和二極管的關(guān)斷，適用于今后備用能源系統(tǒng)及光伏、燃料電池等可再生能源發(fā)電系統(tǒng)，具有良好的實(shí)用價(jià)值及推廣前景。
【專利說明】融合耦合電感與倍壓電路的升壓變換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電力電子領(lǐng)域的直流-直流變換器，具體說是一種融合耦合電感與倍壓電路的升壓變換器。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，采用太陽能和燃料電池等清潔可再生能源進(jìn)行并網(wǎng)發(fā)電的技術(shù)，已越來越受到人們的廣泛關(guān)注，其相關(guān)應(yīng)用技術(shù)研究也有所提高。由于受到環(huán)境，溫度等因素的影響，這些可再生能源的輸出電壓通常波動(dòng)較大，而且單體的電壓等級(jí)較低，而并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)所需的是電壓較高的直流母線。而常規(guī)的BOOST或兩相交錯(cuò)并聯(lián)BOOST變換器的輸出電壓增益較小，功率開關(guān)的電壓應(yīng)力較大，開關(guān)損耗較大。為此，相繼出現(xiàn)了使用軟開關(guān)電路方法，雖然可以實(shí)現(xiàn)功率開關(guān)管的軟開關(guān)，卻不能降低功率開關(guān)管的電壓應(yīng)力；使用開關(guān)電容的方法，雖有瞬間電流沖擊，而實(shí)現(xiàn)很高的輸出電壓需要數(shù)量多的開關(guān)電容，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。為了將光伏或燃料電池陣列的電壓提升到并網(wǎng)逆變器所需直流母線電壓，因此研究新型高性能且具有更高升壓變比的直流變換器來滿足后級(jí)并網(wǎng)逆變器的需要，有著重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的是提出一種高增益升壓型直流變換器及其控制方法，同時(shí)能有效減小輸入電流和輸出 電壓的紋波，提高了變換器的性能。該變換器既適用于常規(guī)升壓型直流變換器應(yīng)用范圍，又適用于燃料電池、太陽能光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電等新能源發(fā)電系統(tǒng)。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是，融合耦合電感與倍壓電路的升壓變換器。如圖1所示，包括兩個(gè)可控的功率開關(guān)管0、込，一個(gè)帶有兩個(gè)繞組、Nsl的耦合電感，一個(gè)帶有兩個(gè)繞組Np2、Ns2的耦合電感，三個(gè)單向整流二極管Dx、D2、Dz, 一個(gè)輸出二極管D0, 一個(gè)箝位電容C1，兩個(gè)中間儲(chǔ)能電容C2、q, 一個(gè)輸出濾波電容C0。
[0005]參考圖1所示，所述電路的具體連接方式如下:第一耦合電感的一個(gè)繞組的同名端與第二稱合電感的一個(gè)繞組的同名端及直流輸入電源K.n的正極相連，第一稱合電感的一個(gè)繞組的另一端與功率開關(guān)管0的漏極及中間儲(chǔ)能電容C2的負(fù)極相連，第二耦合電感的一個(gè)繞組的另一端與功率開關(guān)管込的漏極及單向整流二極管仏的陽極相連，功率開關(guān)管0的源極與功率開關(guān)管込的源極及直流輸入電源Vjn的負(fù)極相連，單向整流二極管仏的陰極與及單向整流二極管久的陽極及箝位電容q的正極相連，單向整流二極管D2的陰極與中間儲(chǔ)能電容C2的正極相連，單向整流二極管久的陰極與第一耦合電感的另一個(gè)繞組#sl的同名端及單向整流二極管久的陽極相連，第二耦合電感的另一個(gè)繞組久2的同名端與中間儲(chǔ)能電容G的負(fù)極相連，第一耦合電感的另一個(gè)繞組久工的另一端與第二耦合電感的另一個(gè)繞組的另一端相連，中間儲(chǔ)能電容C3的正極與單向整流二極管久的陰極及輸出二極管久的陽極相連，輸出二極管久的陰極和輸出濾波電容G的一端相連，輸出濾波電容G另一端與箝位電容C1的負(fù)極及直流輸入電源Vjn的負(fù)極相連。[0006]本實(shí)用新型的融合耦合電感與倍壓電路的升壓變換器工作時(shí)，利用兩個(gè)耦合電感提高了升壓比并降低了功率開關(guān)管的電壓應(yīng)力；利用耦合電感的漏感實(shí)現(xiàn)了功率開關(guān)管(Q1^2)的零電流開通，同時(shí)利用耦合電感的漏感還實(shí)現(xiàn)了輸出二極管Φ)的軟關(guān)斷；利用單向整流二極管(A)與箝位電容(C1)吸收漏感的能量，使功率開關(guān)管、込)關(guān)斷時(shí)電壓尖峰減小，并吸收漏感能量傳遞給負(fù)載，降低損耗；利用交錯(cuò)并聯(lián)控制降低了輸入電流的紋波并提聞系統(tǒng)的功率等級(jí)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是本實(shí)用新型的一種融合耦合電感與倍壓電路的升壓變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。【具體實(shí)施方式】
[0008]本實(shí)用新型的融合耦合電感與倍壓電路的升壓變換器。如圖1所示，包括兩個(gè)可控的功率開關(guān)管(0、％)，一個(gè)帶有兩個(gè)繞組(Npl ,Nsl)的耦合電感，一個(gè)帶有兩個(gè)繞組(Np2^Ns2)的耦合電感，三個(gè)單向整流二極管(A、久、久)，一個(gè)輸出二極管(ZU，一個(gè)箝位電容(G)，兩個(gè)中間儲(chǔ)能電容{c2、c3)，一個(gè)輸出濾波電容{O。具體連接方式如下:第一耦合電感的一個(gè)繞組Ovpl)的同名端與第二耦合電感的一個(gè)繞組Ovp2)的同名端及直流輸入電源(Vln)的正極相連，第一耦合電感的一個(gè)繞組Ovpl)的另一端與功率開關(guān)管(0)的漏極及中間儲(chǔ)能電容(G)的負(fù)極相連，第二耦合電感的一個(gè)繞組Ovp2)的另一端與功率開關(guān)管m的漏極相連，功率開關(guān)管從)的源極與功率開關(guān)管他)的源極及直流輸入電源(vj的負(fù)極相連，單向整流二極管(A)的陰極與及單向整流二極管砍)的陽極及箝位電容私)的正極相連，單向整流二極管以2)的陰極與中間儲(chǔ)能電容(G)的正極相連，單向整流二極管φ2)的陰極與第一耦合電感的另一個(gè)繞組Ovsl)的同名端及單向整流二極管m的陽極相連，第二耦合電感的另一個(gè)繞組D的同名端與中間儲(chǔ)能電容(G)的負(fù)極相連，第一耦合電感的另一個(gè)繞組OVsl)的另一端與第二耦合電感的另一個(gè)繞組OVs2)的另一端相連，中間儲(chǔ)能電容(G)的正極與單向整流二極管m的陰極及輸出二極管φ)的陽極相連，輸出二極管(?)的陰極和輸出濾波電容(O的一端相連，輸出濾波電容{CO另一端與直流輸入電源(vj的負(fù)極相連。
[0009]本實(shí)用新型的融合耦合電感與倍壓電路的升壓變換器，采用兩個(gè)功率開關(guān)管的控制信號(hào)交錯(cuò)180°，且占空比大于0.5控制方式，有四種穩(wěn)態(tài)工作狀態(tài)，詳細(xì)分析如下:
[0010]功率開關(guān)管從、Q2)同時(shí)導(dǎo)通模態(tài)，箝位電容(C1)放電模態(tài)，中間儲(chǔ)能電容(O充電模態(tài)，中間儲(chǔ)能電容(G)懸浮。在此模態(tài)下，單向整流二極管與輸出二極管Φ0)關(guān)斷，單向整流二極管(久)導(dǎo)通。其中，直流源輸入源(Kin)、第一耦合電感的一個(gè)繞組Ovpl)、功率開關(guān)管從)構(gòu)成回路，直流源輸入源(vj向第一耦合電感充電，第一耦合電感一個(gè)繞組OVpl)上的電流線性增加；直流源輸入源(KJ、第二耦合電感的一個(gè)繞組Ovp2)、功率開關(guān)管m構(gòu)成回路，直流源輸入源(VJ向第二耦合電感充電，第二耦合電感一個(gè)繞組Ovp2)上的電流線性增加；箝位電容私)、單向整流二極管汍)、中間儲(chǔ)能電容吣)及功率開關(guān)管從)構(gòu)成回路，箝位電容私)處于放電狀態(tài)，中間儲(chǔ)能電容吣)處于充電狀態(tài)。
[0011]功率開關(guān)管從)導(dǎo)通與功率開關(guān)管他)關(guān)斷模態(tài)，箝位電容私)充電模態(tài)，中間儲(chǔ)能電容{c2、Q充電模態(tài)。在此模態(tài)下，輸出二極管Φ)關(guān)斷，單向整流二極管Oh、D2'D,)導(dǎo)通。其中，直流源輸入源(KJ、第一耦合電感的一個(gè)繞組OVpl)、功率開關(guān)管(0)構(gòu)成回路，直流源輸入源(VJ向第一耦合電感充電，第一耦合電感一個(gè)繞組OVpl)上的電流繼續(xù)線性增加；直流源輸入源(VJ通過第二耦合電感的一個(gè)繞組OVp2)向第二耦合電感的另一個(gè)繞組OVs2)傳遞能量，第二耦合電感一個(gè)繞組OVp2)上的電流線性減少，直流源輸入源(匕)、第二耦合電感一個(gè)繞組0%2)、單向整流二極管Φ)及箝位電容私)構(gòu)成回路，箝位電容私)處于充電狀態(tài)；直流源輸入源(KJ、第二耦合電感一個(gè)繞組Ovp2)、單向整流二極管(A)、中間儲(chǔ)能電容吣)及功率開關(guān)管從)構(gòu)成回路，中間儲(chǔ)能電容吣)處于充電狀態(tài)；第一耦合電感的另一個(gè)繞組^)、第二耦合電感的另一個(gè)繞組Ovs2)、單向整流二極管m及中間儲(chǔ)能電容吣)構(gòu)成回路，即倍壓電路單元，中間儲(chǔ)能電容吣)處于充電狀態(tài)。
[0012]功率開關(guān)管從、Q2)同時(shí)導(dǎo)通模態(tài)，箝位電容(C1)懸浮模態(tài)，中間儲(chǔ)能電容{C2、Q懸浮模態(tài)。在此模態(tài)下，單向整流二極管(A、久、A)與輸出二極管全部關(guān)斷。其中，直流源輸入源(匕)、第一耦合電感的一個(gè)繞組Ovpl)、功率開關(guān)管(0)構(gòu)成回路，直流源輸入源(vj向第一耦合電感充電，第一耦合電感一個(gè)繞組Ovpl)上的電流線性增加；直流源輸入源(匕)、第二耦合電感的一個(gè)繞組0%2)、功率開關(guān)管如2)構(gòu)成回路，直流源輸入源(Vln)向第二耦合電感充電，第二耦合電感一個(gè)繞組Ovp2)上的電流線性增加。
[0013]功率開關(guān)管從)關(guān)斷與功率開關(guān)管m導(dǎo)通模態(tài)，箝位電容私)懸浮模態(tài)，中間儲(chǔ)能電容、c2、q放電模態(tài)。在此模態(tài)下，單向整流二極管m)關(guān)斷，輸出二極管(/U導(dǎo)通。其中，直流源輸入源(KJ、第二耦合電感的一個(gè)繞組、功率開關(guān)管D構(gòu)成回路，直流源輸入源(VJ向第二耦合電感充電，第二耦合電感一個(gè)繞組OVp2)上的電流繼續(xù)線性增加；直流源輸入源(VJ通過第一耦合電感一個(gè)繞組OVpl)向第一耦合電感的另一個(gè)繞組OVsl)傳遞能量，第一耦合電感一個(gè)繞組OVpl)上的電流線性減少；直流源輸入源(VJ、第一率禹合電感一個(gè)繞組OU、中間儲(chǔ)能電容(G、G)，第一稱合電感的另一個(gè)繞組0vsi)、第二耦合電感的另一個(gè)繞組ovs2)、輸出二極管以。)及輸出端負(fù)載構(gòu)成回路，中間儲(chǔ)能電容ic2、Q處于放電狀態(tài)。
[0014] 本實(shí)用新型的融合耦合電感與倍壓電路的升壓變換器，在這四種模態(tài)下，完成能量的轉(zhuǎn)換。該變換器具有高升壓變比、低開關(guān)電壓應(yīng)力，且結(jié)構(gòu)簡單，控制方便的技術(shù)特點(diǎn)。
【權(quán)利要求】
1.一種融合耦合電感與倍壓電路的升壓變換器，其特征是:包括兩個(gè)可控的功率開關(guān)管0、‘一個(gè)帶有兩個(gè)繞組#pl 的耦合電感，一個(gè)帶有兩個(gè)繞組％2、#s2的耦合電感，三個(gè)單向整流二極管仏、久、久，一個(gè)輸出二極管久，一個(gè)箝位電容q，兩個(gè)中間儲(chǔ)能電容G、Cj,, 一個(gè)輸出濾波電容G，輸出濾波電容C0兩端的電壓即為輸出電壓,輸出濾波電容C0兩端接負(fù)載，具體連接方式如下:第一耦合電感的一個(gè)繞組的同名端與第二耦合電感的一個(gè)繞組的同名端及直流輸入電源Vjn的正極相連，第一耦合電感的一個(gè)繞組的另一端與功率開關(guān)管0的漏極及中間儲(chǔ)能電容C2的負(fù)極相連，第二耦合電感的一個(gè)繞組的另一端與功率開關(guān)管込的漏極及單向整流二極管仏的陽極相連，功率開關(guān)管0的源極與功率開關(guān)管込的源極及直流輸入電源Vjn的負(fù)極相連，單向整流二極管仏的陰極與及單向整流二極管久的陽極及箝位電容C1的正極相連，單向整流二極管久的陰極與中間儲(chǔ)能電容C2的正極相連，單向整流二極管久的陰極與第一耦合電感的另一個(gè)繞組的同名端及單向整流二極管久的陽極相連，第二耦合電感的另一個(gè)繞組Λ?2的同名端與中間儲(chǔ)能電容C3的負(fù)極相連，第一耦合電感的另一個(gè)繞組#sl的另一端與第二耦合電感的另一個(gè)繞組久2的另一端相連，中間儲(chǔ)能電容G的正極與單向整流二極管久的陰極及輸出二極管夂的陽極相連，輸出二極管化的陰極和輸出濾波電容G的一端相連，輸出濾波電容G另一端與箝位電容C1的負(fù)極及直流輸入電源 Vjn的負(fù)極相連。
【文檔編號(hào)】H02M3/06GK203491888SQ201320602785
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】胡雪峰, 王琳 申請人:王琳