专利名称：一种高升压比dc-dc功率变换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种高升压比DC-DC功率变换器，属电力电子技术领域。
背景技术：
目前全球正在面临能源短缺、环境污染和温室效应等突出的问题，而太阳能或燃料电池是一种可再生的清洁能源，具有很大的发展空间。近年来与这些可再生能源相关的发电技术发展迅猛，利用光伏电池或燃料电池并网发电越来越受到人们的广泛重视。由于受到环境，温度等因素的影响，光伏/燃料电池的输出电压通常波动较大，而且单体电池板或燃料电池的电压等级较低，所以目前的太阳能光伏电池或燃料电池并网发电装置一般采用两级式结构，即前级为DC-DC升压电路，后级为逆变器。前级DC-DC升压电路通常采用 BOOST或两相交错并联BOOST电路进行升压，这两种结构变换器的升压变比相等，当输入电压较低时，为了达到较高的输出电压，其开关导通占空比就会很高，这样一方面会降低变换器的效率，同时开关频率也不易进一步提高。另外，为了延长光伏电池和燃料电池的使用寿命，前级DC-DC功率变换器的输入电流纹波要尽量小，因此研究新型高性能且具有更大升压变比和较小输入电流纹波的DC-DC功率变换器来满足后级并网逆变器的需要，有着重要的理论意义和应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提出一种高性能的高升压比DC-DC功率变换器及其控制方法， 这种功率变换器即能提高升压变比，又能有效降低变换器的开关电压应力，同时又能减小输入电流的纹波，有利于延长电池的使用寿命，有效提高了变换器的性能。该变换器既适用于常规DC-DC变换器应用范围，又适用于太阳能光伏、燃料电池发电和风力发电等新能源发电系统。本发明所述的高升压比DC-DC功率变换器如附图1所示，具体的特征如下1、一种高升压比DC-DC功率变换器，适用于光伏/燃料电池发电系统。其特征在于包括一个直流输入电源(Vin)可以是光伏电池或燃料电池，第一升压电感(Li)、第二升压电感(L2)、两个功率开关管(Tl、T2)、两个单向整流二极管(D1、D2)、两个输出电容(Cl、 C2)组成；具体连接方式为第一升压电感(Li)的一端和第二升压电感(U)的一端同时与输入电源(Vin)的正极相连，第一升压电感(Li)的另一端分别与功率开关管(Tl)的漏极和二极管(Dl)的阳极连接，电感(U)的另一端与功率开关管0 的漏极连接，输入电源 (Vin)的负极与功率开关管(Tl)和功率开关管(T2)的源极相连，同时连接到二极管(D2) 的阴极，输出电容(Cl)的一端连接到二极管(Dl)的阴极，输出电容(Cl)的另一端连接到功率开关管(T2)的漏极，输出电容(C2)的一端连接到功率开关管(T2)的漏极，输出电容 (C2)的另一端连接到二极管(拟)的阳极，负载两端分别连接在二极管(Dl)的阴极和二极管(D2)的阳极。2、根据权利要求1所述的高升压比DC-DC功率变换器，其特征在于输出电容(Cl)的一端分别与二极管(Dl)的阴极连接、与输出端的正极连接，输出电容(Cl)的另一端分别与功率开关管(T2)的漏极连接、与输出电容(C2)的一端连接，输出电容(C2)的另一端连接到二极管(D2)的阳极和输出端的负极。3、根据权利要求1、2所述的高升压比DC-DC功率变换器，其特征在于功率开关管 (Tl)的漏极分别连接到第一电感的一端和二极管(Dl)的阳极，功率开关管(Tl)的源极分别连接到输入电源(Vin)的负极和二极管(D2)的阴极，功率开关管(T2)的漏极连接到第一电感的一端，再连接到输出电容(Cl)和(C2)的连接处。4、本发明变换器的控制方法为将(Tl)和(T2)的驱动信号移相π相角，即假设 (Tl)和(Τ2)驱动信号的周期均为Τ，它们的导通占空比均为D，如果(Tl)的驱动信号起始在零时刻，则(Τ2)的驱动信号起始在Τ/2时刻。当然也可以采用互补控制的方法控制两个开关的导通和关断。本发明的变换器既可实现更高变比的输出电压，又能有效降低开关管的电压应力，有效减小输入电流的纹波，该变换器具有优良的性能，非常适合于今后光伏发电，燃料电池发电等场合使用，具有较好的应用和推广前景。技术方案本发明是通过以下技术方案实现的5、附图1表示本发明的高升压比DC-DC功率变换器的拓扑结构，包括一个直流输入电源(Vin)，该电源可以是光伏电池或燃料电池，也可以是一般直流电源，第一升压电感 (Li)，第二升压电感(L2)，两个功率开关管(Τ1、Τ2)，两个单向整流二极管(D1、D2)，两个输出电容(Cl、C2)组成；具体连接方式为第一升压电感(Li)的一端和第二升压电感(L2) 的一端同时与输入电源(Vin)的正极相连，第一升压电感(Li)的另一端分别与功率开关管(Tl)的漏极和二极管(Dl)的阳极连接，电感(L2)的另一端与功率开关管(T2)的漏极连接，输入电源(Vin)的负极与功率开关管(Tl)和功率开关管(T2)的源极相连，同时连接到二极管(D2)的阴极，输出电容(Cl)的一端连接到二极管(Dl)的阴极，输出电容(Cl)的另一端连接到功率开关管(T2)的漏极，输出电容(C2)的一端连接到功率开关管(T2)的漏极，输出电容(以)的另一端连接到二极管(拟)的阳极，负载两端分别连接在二极管(Dl) 的阴极和二极管(D2)的阳极。本发明在输入电感(Li)、(L2)电流工作在连续状态或临界连续状态，可以采用两种控制方法(a)互补控制采用互补控制方法时，该电路有两种工作模态如附图2所示，2(a)为功率开关管 (Tl)导通，功率开关管(T2)关断模态，2(b)为功率开关管(Tl)关断，功率开关管(T2)导通模态。(b)移相控制采用移相π相角控制时，该电路有占空比小于0.5和占空比大于等于0.5两种工作模式。当占空比小于0. 5时有三种工作模态如附图2 (a) ,2(b) ,2(c)所示，2 (a)表示功率开关管(Tl)、导通，功率开关管(T2)关断模态；2(b)表示功率开关管(Tl)关断，功率开关管(T2)导通模态；2 (c)表示功率开关管(Tl)和(T2)同时关断模态；
当占空比大于等于0. 5时，变换器工作在以下三种模态功率开关管(Tl)和(T2) 同时导通模态，如图2(d)所示；功率开关管(Tl)导通，功率开关管(T2)关断模态，如图 2(a)所示；功率开关管(Tl)关断，功率开关管(T2)导通模态，如图2(b)所示；有益效果与现有的BOOST或两相交错并联BOOST功率变换器相比，本发明具有如下有益效果在相同占空比的情况下，本发明的DC-DC功率变换器具有更高的升压变比，开关管的电压应力低、同时又能有效降低输入电流纹波，且控制电路的实现方法简单灵活，特别适用于太阳能光伏电池和燃料电池的独立发电或并网发电系统。
图1是本发明的高升压比DC-DC功率变换器的拓扑结构图。图2是本发明的高升压比DC-DC功率变换器各开关模态的等效电路图。图3是采用交叉移相控制方法时本发明的高升压比DC-DC功率变换器稳态工作时的仿真实验波形图，其中Tl与T2的导通占空比均为0.6，横坐标的单位为秒，iLl、iL2是流过电感L1、L2的电流，单位为安培；VT1、VT2、分别对应开关管T1、T2的电压应力，单位为伏特；Vin，Vo对应输入电压和输出电压，单位为伏特。
具体实施例方式下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步详细描述本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了实施方式和操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。1.互补控制本实施例的输入电感(Li)、(L2)在电流连续或临界状态下工作，采用互补控制时本发明的变换器有两种工作模态，下面对本实施例的两种工作模态进行详细分析，进一步推导本发明变换器的输出与输入电压的变比。以下说明中，Ts为开关管(T1)、(T2)的开关周期，Ton为开关管(Tl)、在每个开关周期内导通的时间、1； 为开关管(Tl)在每个开关周期内关断的时间、D为功率开关管(Tl) 的导通占空比，(T2)与(Tl)完全互补，则此时变换器工作在以下两种模态。工作模态1 此模态如附图2(a)所示，即在每个开关周期内开关管(Tl)导通和开关管(1 关断时，其动态特性方程为
权利要求
1.一种高升压比DC-DC功率变换器，适用于光伏/燃料电池发电系统。其特征在于 包括一个直流输入电源(Vin)可以是光伏电池或燃料电池，第一升压电感(Li)、第二升压电感(L2)、两个功率开关管(Tl、T2)、两个单向整流二极管(D1、D2)、两个输出电容(Cl、 C2)组成；具体连接方式为第一升压电感(Li)的一端和第二升压电感(U)的一端同时与输入电源(Vin)的正极相连，第一升压电感(Li)的另一端分别与功率开关管(Tl)的漏极和二极管(Dl)的阳极连接，电感(U)的另一端与功率开关管0 的漏极连接，输入电源 (Vin)的负极与功率开关管(Tl)和功率开关管(T2)的源极相连，同时连接到二极管(D2) 的阴极，输出电容(Cl)的一端连接到二极管(Dl)的阴极，输出电容(Cl)的另一端连接到功率开关管(T2)的漏极，输出电容(C2)的一端连接到功率开关管(T2)的漏极，输出电容 (C2)的另一端连接到二极管(拟)的阳极，负载两端分别连接在二极管(Dl)的阴极和二极管(D2)的阳极。
2.根据权利要求1所述的高升压比DC-DC功率变换器，其特征在于输出电容(Cl)的一端分别与二极管(Dl)的阴极连接、与输出端的正极连接，输出电容(Cl)的另一端分别与功率开关管(T2)的漏极连接、与输出电容(C2)的一端连接，输出电容(C2)的另一端连接到二极管(D2)的阳极和输出端的负极。
3.根据权利要求1、2所述的高升压比DC-DC功率变换器，其特征在于功率开关管(Tl) 的漏极分别连接到第一电感的一端和二极管(Dl)的阳极，功率开关管(Tl)的源极分别连接到输入电源(Vin)的负极和二极管(D2)的阴极，功率开关管(T2)的漏极连接到第一电感的一端，再连接到输出电容(Cl)和(C2)的连接处。
4.权利要求1、2、3所述的变换器，其特征是当采用交叉移相180°控制两个开关管时且当占空比大于等于0. 5时，电压增益为
全文摘要
一种高升压比DC-DC功率变换器，它涉及的是电压变换的技术领域，它是为解决常规升压变换器升压变比小，开关器件电压应力大的问题，它包括一个直流输入端，输入电源可以是光伏电池或燃料电池(Vin)，也可以是一般直流电源，包括两个升压电感(L1、L2)、两个功率开关管(T1、T2)、两个单向整流二极管(D1、D2)、两个电容(C1、C2)组成。与常规的BOOST或两相交错并联BOOST升压变换器相比，本发明的高升压比DC-DC功率变换器在相同占空比的情况下具有更大的升压变比，且开关管的电压应力低，有利于减小输入电流的纹波，控制方便灵活等突出优点，非常适用于今后光伏/燃料电池等可再生能源并网发电系统，具有较好的应用和推广前景。
文档编号H02M3/315GK102510218SQ20111034511
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月4日 优先权日2011年11月4日
发明者李艳, 胡雪峰 申请人:安徽工业大学