高升压比双开关直流变换器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种高升压比双开关直流变换器，它包括两个可控的功率开关管，两个带有两个绕组的耦合电感，四个单向整流二极管，一个输出二极管，一个箝位电容，两个中间储能电容，一个输出滤波电容，输出滤波电容两端的电压即为输出电压，输出滤波电容两端接负载。本实用新型的高升压比双开关直流变换器中的两个带有两个绕组的耦合电感能够实现高增益倍压，且能减小功率开关管和二极管的峰值电压应力，高升压比双开关直流变换器具有利用单向整流二极管与箝位电容组成的箝位电路吸收漏感所造成的开关关断电压尖峰的特点，同样还具有使用交错并联控制有效降低输入电流纹波的特点，适用于今后备用能源系统及光伏、燃料电池等可再生能源发电系统，具有良好的实用价值及推广前景。
【专利说明】高升压比双开关直流变换器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电力电子领域的直流-直流变换器，具体说是一种高升压比双开关直流变换器。
【背景技术】
[0002]随着全球一次性能源的逐渐枯竭，人类开始积极寻求可再生能源的开发和利用，因此采用太阳能和燃料电池等清洁可再生能源进行并网发电，越来越受到人们的广泛关注，其相关应用技术的研究也非常重要。而在可再生能源发电系统中，由于许多可再生能源发出的电压较低且通常波动较大，而并网发电系统所需的是电压较高的直流母线。为了将光伏或燃料电池阵列的电压提升到并网逆变器所需直流母线电压，通常采用BOOST或两相交错并联BOOST电路作为前级变换器，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接近于1，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。因此研究新型高性能且具有更高升压变比的直流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】
[0003]本实用新型的目的是提供一种低输入电流纹波、高增益、高效率及控制方法易于实现的高升压比双开关直流变换器。
[0004]为了达到上述目的，本实用新型的技术解决方案是，高升压比双开关直流变换器。如图1所示，包括两个可控的功率开关管0、込，一个带有两个绕组M1、Nsl的耦合电感，一个带有两个绕组％2、久2的耦合电感，四个单向整流二极管仏、久、久、仏，一个输出二极管久，一个箝位电容q，两个中间储能电容C2、G，一个输出滤波电容G，输出滤波电容{Co、两端的电压即为输出电压，输出滤波电容{CO两端接负载。
[0005]参考图1所示，以上所述电路的具体连接方式如下:第一耦合电感的一个绕组的同名端与第二耦合电感的一个绕组M2的同名端及直流输入电源Vjn的正极相连，第一耦合电感的一个绕组#pl的另一端与功率开关管0的漏极相连，第二耦合电感的一个绕组M2的另一端与功率开关管込的漏极相连，功率开关管0的源极与功率开关管込的源极及直流输入电源Vjn的负极相连，单向整流二极管仏的阳极与功率开关管仏的漏极及中间储能电容G的负极相连，单向整流二极管久的阳极和功率开关管仏的漏极相连，单向整流二极管D1JJ2的阴极与及单向整流二极管久的阳极及箝位电容C1的正极相连，单向整流二极管D,的阴极与第一耦合电感的另一个绕组#sl的同名端及单向整流二极管仏的阳极相连，第二耦合电感的另一个绕组的同名端与中间储能电容G的负极相连，第一耦合电感的另一个绕组#sl的另一端与第二耦合电感的另一个绕组的另一端相连，中间储能电容C3的正极与单向整流二极管A的阴极及输出二极管久的阳极相连，输出二极管久的阴极和输出滤波电容G的一端相连，输出滤波电容G另一端与箝位电容C1的负极及直流输入电源Vin的负极相连。[0006]本实用新型的高升压比双开关直流变换器工作时，利用两个耦合电感提高了升压比并降低了功率开关管的电压应力；利用耦合电感的漏感实现了第一个可控的功率开关管(Q1)与第二个可控的功率开关管(Q2)的零电流开通，同时利用耦合电感的漏感还实现了输出二极管的软关断；利用第一个单向整流二极管(D1)、第二个单向整流二极管(D2)与箝位电容(C1)吸收漏感的能量，使第一个可控的功率开关管(Q1)与第二个可控的功率开关管(Q2)关断时电压尖峰减小，并吸收漏感能量传递给负载，降低损耗；利用交错并联控制降低了输入电流的纹波并提闻系统的功率等级。
[0007]【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是本实用新型的一种高升压比双开关直流变换器的拓扑结构图。
[0009]【具体实施方式】
[0010]本实用新型的高升压比双开关直流变换器。如图1所示，包括两个可控的功率开关管(Qp Q2),—个带有两个绕组(Npl、Nsl)的耦合电感，一个带有两个绕组(Np2、Ns2)的耦合电感，四个单向整流二极管(Dp D2、D3、D4), —个输出二极管(D。)，一个箝位电容(C1),两个中间储能电容(C2、C3)，一个输出滤波电容(C。)。具体连接方式如下:带有两个绕组(Npl、Nsl)的耦合电感的一个绕组(Npl)的同名端与带有两个绕组(Np2、Ns2)的耦合电感的一个绕组(Np2)的同名端及直流输入电源(Vin)的正极相连，带有两个绕组(Npl、Nsl)耦合电感的一个绕组(Npl)的另一端与第一个可控的功率开关管(Q1)的漏极相连，带有两个绕组(Np2、Ns2)的耦合电感的一个绕组(Np2)的另一端与第二个可控的功率开关管(Q2)的漏极相连，第一个可控的功率开关管(Q1)的源极和第二个可控的功率开关管功率开关管(Q2)的源极与箝位电容(C1)的负极及直流输入电源(Vin)的负极相连，第一个单向整流二极管(D1)的阳极与第一个可控的功率开关管(Q1)的漏极及第一个中间储能电容(C2)的负极相连，第二个单向整流二极管(D2)的阳极和第二个可控的功率开关管(Q2)的漏极相连，第一个单向整流二极管(D1)和第二个单向整流二极管(D2)的阴极与第三个单向整流二极管(D3)的阳极及箝位电容(C1)的正极相连，第三个单向整流二极管(D3)的阴极与带有两个绕组(Npl、Nsl)的耦合电感的另一个绕组(Nsl)的同名端及第四个单向整流二极管(D4)的阳极相连，带有两个绕组(Np2、Ns2)的耦合电感的另一个绕组(Ns2)的同名端与第二个中间储能电容(C3)的负极相连，带有两个绕组(Npl、Nsl)的耦合电感的另一个绕组(Nsl)的另一端与带有两个绕组(Np2, Ns2)的耦合电感的另一个绕组(Ns2)的另一端相连，第二个中间储能电容(C3)的正极与第四个单向整流二极管(D4)的阴极及输出二极管(D。)的阳极相连，输出二极管(D。)的阴极和输出滤波电容(C。)的一端相连，输出滤波电容(C。)另一端与直流输入电源(Vin)的负极相连。
[0011]本实用新型的高升压比双开关直流变换器，采用两个功率开关管的控制信号交错180°，且占空比大于0.5控制方式，有四种稳态工作状态，详细分析如下:
[0012]第一个可控的功率开关管(Q1)与第二个可控的功率开关管(Q2)同时导通模态，箝位电容(C1)放电模态，第一个中间储能电容(C2)充电模态,第二个中间储能电容(C3)悬浮。在此模态下，第一个单向整流二极管(D1)、第二个单向整流二极管(D2)、第四个单向整流二极管(D4)与输出二极管(D。)关断，第三个单向整流二极管(D3)导通。其中，直流源输入源(Vin)、带有两个绕组(Npl、Nsl)的耦合电感的一个绕组(Npl)、第一个可控的功率开关管(Q1)构成回路，直流源输入源(Vin)向带有两个绕组(Npl、Nsl)的耦合电感充电，带有两个绕组(Npl、Nsl)的耦合电感一个绕组(Npl)上的电流线性增加；直流源输入源(Vin)、带有两个绕组(Np2、Ns2)的耦合电感的一个绕组(Np2)、第二个可控的功率开关管(Q2)构成回路，直流源输入源(Vin)向带有两个绕组(Np2、Ns2)的耦合电感充电，带有两个绕组(Np2、Ns2)的耦合电感一个绕组(Np2)上的电流线性增加；箝位电容(C1)'第二个单向整流二极管(D2)、第一个中间储能电容(C2)及第一个可控的功率开关管(Q1)构成回路，箝位电容(C1)处于放电状态，第一个中间储能电容(C2)处于充电状态。
[0013]第一个可控的功率开关管(Q1)导通与第二个可控的功率开关管(Q2)关断模态，箝位电容(C1)充电模态，第一个中间储能电容(C2)、第二个中间储能电容(C3)充电模态。在此模态下，第一个单向整流二极管(D1)与输出二极管(D。)关断，第二个单向整流二极管(D2)、第三个单向整流二极管(D3)及第四个单向整流二极管(D4)导通。其中，直流源输入源(Vin)、带有两个绕组(Npl、Nsl)的耦合电感的一个绕组(Npl)、第一个可控的功率开关管(Q1)构成回路，直流源输入源(Vin)向带有两个绕组(Npl、Nsl)的耦合电感充电，带有两个绕组(Npl、Nsl)的耦合电感一个绕组(Npl)上的电流继续线性增加；直流源输入源(Vin)通过带有两个绕组(Np2、Ns2)的耦合电感的一个绕组(Np2)向带有两个绕组(Np2、Ns2)的耦合电感的另一个绕组(Ns2)传递能量，带有两个绕组(Np2、Ns2)的耦合电感一个绕组(Np2)上的电流线性减少，直流源输入源(Vin)、带有两个绕组(Np2、Ns2)的耦合电感一个绕组(Np2)、第二个单向整流二极管(D2)及箝位电容(C1)构成回路，箝位电容(C1)处于充电状态；直流源输入源(Vin)、带有两个绕组(Np2、Ns2)的耦合电感一个绕组(Np2)、第二个单向整流二极管(D2)、第三个单向整流二极管(D3)、第一个中间储能电容(C2)及第一个可控的功率开关管(Q1)构成回路，第一个中间储能电容(C2)处于充电状态；带有两个绕组(Npl、Nsl)的耦合电感的另一个绕组(Nsl)、带有两个绕组(Np2、Ns2)的耦合电感的另一个绕组(Ns2)、第四个单向整流二极管(D4)及第二个中间储能电容(C3)构成回路，即电压倍增单元，第二个中间储能电容(C3)处于充电状态。
[0014]第一个可控的功率开关管(Q1)与第二个可控的功率开关管(Q2)同时导通模态，箝位电容(C1)悬浮模态，第一个中间储能电容(C2)和第二个中间储能电容(C3)悬浮模态。在此模态下，第一个单向整流二极管(D1)、第二个单向整流二极管(D2)、第三个单向整流二极管(D3)、第四个单向整流二极管(D4)与输出二极管(D。)全部关断。其中，直流源输入源(Vin)、带有两个绕组(Npl、Nsl)的耦合电感的一个绕组(Npl)、第一个可控的功率开关管(Q1)构成回路，直流源输入源(Vin)向带有两个绕组(Npl、Nsl)的耦合电感充电，带有两个绕组(Npl、Nsl)的耦合电感一个绕组(Npl)上的电流线性增加；直流源输入源(Vin)、带有两个绕组(Np2, Ns2)的耦合电感的一个绕组(Np2)、第二个可控的功率开关管(Q2)构成回路，直流源输入源(Vin)向带有两个绕组(np2、ns2)的耦合电感充电，带有两个绕组(np2、ns2)的耦合电感一个绕组(Np2)上的电流线性增加。
[0015]第一个可控的功率开关管(Q1)关断与第二个可控的功率开关管(Q2)导通模态，箝位电容(C1)充电模态，第一个中间储能电容(C2)和第二个中间储能电容(C3)放电模态。在此模态下，第二个单向整流二极管(D2)、第三个单向整流二极管(D3)及第四个单向整流二极管(D4)关断，第一个单向整流二极管(D1)与输出二极管(D。)导通。其中，直流源输入源(Vin)、带有两个绕组(Np2、Ns2)的耦合电感的一个绕组(Np2)、第二个可控的功率开关管(Q2)构成回路，直流源输入源(Vin)向带有两个绕组(Np2、Ns2)的耦合电感充电，带有两个绕组(Np2、Ns2)的耦合电感一个绕组(Np2)上的电流继续线性增加；直流源输入源(Vin)通过带有两个绕组(Npl、Nsl)的耦合电感一个绕组(Npl)向带有两个绕组(Npl、Nsl)的耦合电感的另一个绕组(Nsl)传递能量，带有两个绕组(Npl、Nsl)的耦合电感一个绕组(Npl)上的电流线性减少，直流源输入源(Vin)、带有两个绕组(Npl、Nsl)的耦合电感一个绕组(Npl)、第一个单向整流二极管(D1)'箝位电容(C1)构成回路，箝位电容(C1)处于充电状态；直流源输入源(Vin)、带有两个绕组(Npl、Nsl)的耦合电感一个绕组(Npl)、第一个中间储能电容(C2)、第二个中间储能电容(C3)、带有两个绕组(Npl、Nsl)的耦合电感的另一个绕组(Nsl)、带有两个绕组(Np2, Ns2)的耦合电感的另一个绕组(Ns2)、输出二极管(D。)及输出端负载构成回路，第一个中间储能电容(C2)和第二个中间储能电容(C3)处于放电状态。
[0016]本实用新型的高升压比双开关直流变换器，在这四种模态下，完成能量的转换。该变换器具有高升压变比、低开关电压应力，且结构简单，控制方便的技术特点。
【权利要求】
1.一种高升压比双开关直流变换器，其特征是:包括两个可控的功率开关管0、Q2,—个带有两个绕组M1的耦合电感，一个带有两个绕组#p2、#s2的耦合电感，四个单向整流二极管仏、久、久、仏，一个输出二极管久，一个箝位电容Cr1,两个中间储能电容C2、cz, 一个输出滤波电容G，输出滤波电容G两端的电压即为输出电压，输出滤波电容G两端接负载，具体连接方式如下:第一耦合电感的一个绕组M1的同名端与第二耦合电感的一个绕组％2的同名端及直流输入电源Vjn的正极相连，第一耦合电感的一个绕组M1的另一端与功率开关管0的漏极相连，第二耦合电感的一个绕组M2的另一端与功率开关管込的漏极相连，功率开关管0的源极与功率开关管仏的源极及直流输入电源匕的负极相连，单向整流二极管D1的阳极与功率开关管0的漏极及中间储能电容C2的负极相连，单向整流二极管久的阳极和功率开关管仏的漏极相连，单向整流二极管仏、久的阴极与及单向整流二极管久的阳极及箝位电容C1的正极相连，单向整流二极管久的阴极与第一耦合电感的另一个绕组#sl的同名端及单向整 流二极管A的阳极相连，第二耦合电感的另一个绕组久2的同名端与中间储能电容G的负极相连，第一耦合电感的另一个绕组#sl的另一端与第二耦合电感的另一个绕组久2的另一端相连，中间储能电容G的正极与单向整流二极管仏的阴极及输出二极管久的阳极相连，输出二极管久的阴极和输出滤波电容G的一端相连，输出滤波电容G另一端与箝位电容q的负极及直流输入电源匕的负极相连。
【文档编号】H02M3/335GK203491895SQ201320601267
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年9月27日 优先权日:2013年9月27日
【发明者】王琳, 胡雪峰 申请人:王琳