一种高增益DC-DC变换器

本发明属于直流变换器，具体涉及一种高增益dc-dc变换器。

背景技术：

1、由于传统boost变换器受限于极值占空比而出现功率损耗高、电压应力高和电路电流纹波大的问题，从而导致其已不再适用于高增益、大功率的应用场合，为此需要提出高效率的高升压变换器。国内外专家学者对如何解决传统升压变换器的高电压应力和高功率损耗展开了一系列卓有成效的研究，现状常用的方法有：采用开关电容、开关电感、耦合电感、级联技术或基于阻抗网络等，上述的方法均存在一些不足，如在高升压应用中采用开关电容，器件数量就会增加，提高了成本；而采用开关电感会增加电路损耗和电路的复杂性，同样造成成本增加成本；使用耦合电感则其漏感可能会导致开关上出现较大的电压尖峰，造成开关的高电压应力，出现效率的降低；采用级联技术需要大量的器件，包括无源元件和功率半导体器件，控制系统也变得越来越复杂；采用基于阻抗网络也会导致功率开关和输出二极管受到高电压应力。因此目前采用的升压技术主要存在器件数量大、电路损耗大和开关电压应力高的问题。

2、因此，有必要研究既能实现高升压，又能减少器件数量、降低电路损耗和实现低开关电压应力的dc-dc变换器。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供了高增益dc-dc变换器，旨在解决传统升压变换器的器件数量大、电路电流纹波大、电路损耗高和开关电压应力高的问题，提高了dc-dc变换器的变换效率。

2、技术方案如下：

3、一种高增益dc-dc变换器，包括升压单元、耦合电感单元、输出滤波单元，输入电源vin依次经过串连的升压单元、耦合电感单元、输出滤波单元后输出到负载r；其中升压单元由开关管q、一端与输入电源正极连接另一端与开关管q的漏极连接的升压电感l、阴极与电容c1正极连接且阳极与开关管q的漏极连接的二极管d1组成；耦合电感单元由连接二极管d1阴极及电容c1正极的原边绕组np和连接二极管d2阳极及电容c1负极的副边绕组ns组成的变压器、串连在原边绕组np和与副边绕组ns中的漏电感lk、并联在原边绕组np上的励磁电感lm、负极与二极管d1阳极及连接且正极连接在漏电感lk与副边绕组ns之间的电容c2、负极与原边绕组np连接且正极与二极管d2阴极及二极管d3阳极连接的电容c4、阳极与副边绕组ns连接的二极管d2、负极与副边绕组ns后的电容c3、阳极与二极管d2阴极连接且阴极与电容c3正极连接的二极管d3组成；输出滤波单元由阳极与二极管d3阴极连接的二极管d4和正极与二极管d4阴极连接且负极与输入电源负极连接的滤波电容co组成。

4、进一步的，开关管q的源极与电容c1负极、输入电源负极连接，二极管d1阳极连接开关管q的漏极。

5、进一步的，开关管q为mosfet、sic-mosfet或igbt中的一种。

6、进一步的，二极管d1-d4为肖特基二极管或碳化硅肖特基二极管。

7、进一步的，电容c1-c4为薄膜电容；滤波电容co为电解电容。

8、有益效果：

9、1)本发明的高增益dc-dc变换器为单向变换，解决传统升压变换器的器件数量大、电路电流纹波大、电路损耗高和开关电压应力高的问题，提高了dc-dc变换器系统的变换效率。

10、2)本发明的高增益dc-dc变换器采用耦合电感，可在无极值占空比情况下实现高电压增益和低开关电压应力。

11、3)本发明的高增益dc-dc变换器通过在输入端连接升压电感，可获得连续输入电流。

12、4)本发明的高增益dc-dc变换器可有效回收漏感能量。

技术特征：

1.一种高增益dc-dc变换器，其特征在于：包括升压单元、耦合电感单元、输出滤波单元，输入电源vin依次经过串连的升压单元、耦合电感单元、输出滤波单元后输出到负载r；其中升压单元由开关管q、一端与输入电源正极连接另一端与开关管q的漏极连接的升压电感l、阴极与电容c1正极连接且阳极与开关管q的漏极连接的二极管d1组成；耦合电感单元由连接二极管d1阴极及电容c1正极的原边绕组np和连接二极管d2阳极及电容c1负极的副边绕组ns组成的变压器、串连在原边绕组np和与副边绕组ns中的漏电感lk、并联在原边绕组np上的励磁电感lm、负极与二极管d1阳极及连接且正极连接在漏电感lk与副边绕组ns之间的电容c2、负极与原边绕组np连接且正极与二极管d2阴极及二极管d3阳极连接的电容c4、阳极与副边绕组ns连接的二极管d2、负极与副边绕组ns后的电容c3、阳极与二极管d2阴极连接且阴极与电容c3正极连接的二极管d3组成；输出滤波单元由阳极与二极管d3阴极连接的二极管d4和正极与二极管d4阴极连接且负极与输入电源负极连接的滤波电容co组成。

2.如权利要求1所述的一种高增益dc-dc变换器，其特征在于：所述的开关管q的源极与电容c1负极、输入电源负极连接，二极管d1阳极连接开关管q的漏极。

3.如权利要求1所述的一种高增益dc-dc变换器，其特征在于：所述的开关管q为mosfet、sic-mosfet或igbt中的一种。

4.如权利要求1所述的一种高增益dc-dc变换器，其特征在于：所述的二极管d1-d4为肖特基二极管或碳化硅肖特基二极管。

5.如权利要求1所述的一种高增益dc-dc变换器，其特征在于：所述的电容c1-c4为薄膜电容；滤波电容co为电解电容。

技术总结
本发明涉及一种高增益DC‑DC变换器，属于直流变换器技术领域，其特征在于：包括升压单元、耦合电感单元、输出滤波单元，输入电源Vin依次经过串连的升压单元、耦合电感单元、输出滤波单元后输出到负载R；其中升压单元由开关管Q、升压电感L、电容C1和二极管D1组成；耦合电感单元由变压器、漏电感Lk、励磁电感Lm、二极管D1‑D3、电容C2‑C4组成；输出滤波单元由二极管D4和滤波电容Co组成。本发明的高增益DC‑DC变换器为单向变换，解决传统升压变换器的器件数量大、电路电流纹波大、电路损耗高和开关电压应力高的问题，提高了DC‑DC变换器系统的变换效率。

技术研发人员：姚志垒,关诗丽
受保护的技术使用者：上海海事大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15