一种多器件交错DC-DC升压变换器及其控制方法

本发明属于电力电子，具体涉及一种多器件交错dc-dc升压变换器及其控制方法。

背景技术：

1、光伏发电可以替代使用传统燃料的火力发电。这些应用需要高效的转换器，它在整个系统中起着关键作用。传统升压变换器可以处理这样的应用，但在整个转换过程中可能会增加损耗。高性能变换器的采用提高了系统的性能和可靠性。因此，选择合适的转换器，在光伏发电系统中发挥有效作用。由于光伏组件输出直流电压，输出电压较低且波动较大，因此不能直接与电网相连。dc-dc变换器主要用于升压，然后得到广泛的应用，包括光伏、燃料电池和电动汽车。然而，典型boost dc-dc变换器无法满足上述光伏要求。在典型boost变换器中，对于高增益操作，效率非常低。因此，这种变换器无法实现高增益操作。典型的boost转换器的效率要求很高，但它是适度的，并且受到二极管和开关的影响。

2、专利公开号为cn108768172b，名称为一种输入电流连续的高增益升压变换器的专利申请，包括输入升压模块、电压变换模块、整流滤波输出模块；具体包括第一开关管s1、第二开关管s2、第一电感l1、第二电感l2或变压器t、第一二极管d1、第二二极管d2、第一电容c1、第二电容c2；包括非隔离拓扑结构或隔离拓扑结构。本发明可以实现输出电压的非隔离升压，也可以实现输出电压的隔离升压，适用于升压模式下需输出高电压的场合。该专利虽然能够实现高增益但效率较低，且不稳定。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种多器件交错dc-dc升压变换器及其控制方法，采用功率开关的低电阻，由于使用单个开关，半导体开关和二极管之间的电压应力较低，从而实现高增益、低损耗的dc-dc变换器。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种多器件交错dc-dc变换器，包括变换器和输出负载；所述变换器包括：直流输入电压源vi、第一电感l1、第二电感l2、第三电感l3、第一功率开关管s1、第二功率开关管s2、第三功率开关管s3、第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3以及输出电容c；

4、所述的输入电源vi的正极与第一电感l1的第一端、第二电感l2的第一端以及第三电感l3的第一端相连接，所述的输入电源vi的负极与第一功率开关管s1的源极、第二功率开关管s2的源极、第三功率开关管s3的源极、输出电容c的第二端以及负载的第二端相连接；第一功率开关管s1的漏极与第一电感l1的第二端、第一二极管d1的阳极均连接；第二功率开关管s2的漏极与第二电感l2的第二端、第二二极管d2的阳极均连接；第三功率开关管s3的漏极与第三电感l3的第二端、第三二极管d3的阳极均连接；第一二极管d1的阴极与输出电容c的第一端、负载的第一端均连接；第二二极管d2的阴极与输出电容c的第一端、负载的第一端均连接；第三二极管d3的阴极与输出电容c的第一端、负载的第一端均连接。

5、可选的，所述变换器的数量大于一个，多个所述变换器均与所述输出负载并联。

6、可选的，所述变换器的数量为两个。

7、可选的，所述的第一功率开关管s1、第二功率开关管s2、第三功率开关管s3均为sicmosfet开关管。

8、可选的，所述的输出电容c的电容值为66μf。

9、可选的，所述的第一电感l1、第二电感l2、第三电感l3的电感值均为220μh。

10、可选的，所述第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3型号均为mur1560。

11、可选的，所述的直流电压源vi的输入电压为12v。

12、所述的一种多器件交错dc-dc变换器的控制方法，包括以下工作模式：

13、第一类工作模式：导通所述变换器中的第一功率开关管s1并使第一二极管d1处于反向偏置状态，或导通第二功率开关管s2并使第二二极管d2处于反向偏置状态，或导通第三功率开关管s3并使第三二极管d3处于反向偏置状态；同时关断另外两个功率开关管；当开关管驱动信号消失时此阶段结束；

14、第二类工作模式：关断所述变换器中的第一功率开关管s1并使第二二极管d2和第三二极管d3均处于反向偏置状态，或关断第二功率开关管s2并使第一二极管d1和第三二极管d3均处于反向偏置状态，或关断第三功率开关管s3并使第一二极管d1和第二二极管d2均处于反向偏置状态；同时导通另外两个功率开关管；当开关管驱动信号消失时此阶段结束。

15、可选的，所述的一种多器件交错dc-dc变换器的控制方法，还包括以下工作模式：

16、第三类工作模式：使第一功率开关管s1、第二功率开关管s2和第三功率开关管s3均导通；使第一二极管d1、第二二极管d2和第三二极管d3均处于反向偏置状态；当开关管驱动信号消失时此阶段结束；

17、第四类工作模式：使第一功率开关管s1、第二功率开关管s2、第三功率开关管s3均关断；当开关管驱动信号消失时此阶段结束。

18、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

19、本发明的一种多器件交错dc-dc升压变换器，采用功率开关的低电阻，由于使用单个开关，半导体开关和二极管之间的电压应力较低，从而降低了开关的导通损耗，从而提高了效率。开关电容方法可用于提供高升压增益。因此，提出的变换器符合燃料电池规格。本发明的升压增益是传统升压变换器的三倍。本发明的一种多器件交错dc-dc升压变换器易于调节，并且它将确保稳定性。另外，该变换器的输出电压也是恒定的。因此，本发明能够适用于燃料电池，光伏和电动汽车。

20、进一步，本发明的升压增益过程中，两个单元的驱动方式会对功率产生较大影响，因为不当的开关会造成负载电压不稳定和振荡，增加半导体的功率损耗。因此，本发明提供了一种多器件交错dc-dc升压变换器的控制方法，通过减少无源器件和开关的数量，从而减少开关损耗，通过对开关导通信号的控制来使输出电压稳定。

技术特征：

1.一种多器件交错dc-dc变换器，其特征在于，包括变换器和输出负载；所述变换器包括：直流输入电压源vi、第一电感l1、第二电感l2、第三电感l3、第一功率开关管s1、第二功率开关管s2、第三功率开关管s3、第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3以及输出电容c；

2.根据权利要求1所述的一种多器件交错dc-dc变换器，其特征在于，所述变换器的数量大于一个，多个所述变换器均与所述输出负载并联。

3.根据权利要求2所述的一种多器件交错dc-dc变换器，其特征在于，所述变换器的数量为两个。

4.根据权利要求1所述的一种多器件交错dc-dc变换器，其特征在于，所述的第一功率开关管s1、第二功率开关管s2、第三功率开关管s3均为sic mosfet开关管。

5.根据权利要求1所述的一种多器件交错dc-dc变换器，其特征在于，所述的输出电容c的电容值为66μf。

6.根据权利要求1所述的一种多器件交错dc-dc变换器，其特征在于，所述的第一电感l1、第二电感l2、第三电感l3的电感值均为220μh。

7.根据权利要求1所述的一种多器件交错dc-dc变换器，其特征在于，所述第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3型号均为mur1560。

8.根据权利要求1所述的一种多器件交错dc-dc变换器，其特征在于，所述的直流电压源vi的输入电压为12v。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种多器件交错dc-dc变换器的控制方法，其特征在于，包括以下工作模式：

10.根据权利要求9所述的一种多器件交错dc-dc变换器的控制方法，其特征在于，还包括以下工作模式：

技术总结
本发明公开了一种多器件交错DC‑DC升压变换器及其控制方法，包括变换器和输出负载；所述变换器包括：直流输入电压源、第一电感、第二电感、第三电感、第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第一二极管、第二二极管、第三二极管以及输出电容。采用功率开关的低电阻，由于使用单个开关，半导体开关和二极管之间的电压应力较低，从而降低了开关的导通损耗，从而提高了效率。开关电容方法可用于提供高升压增益。本发明的升压增益是传统升压变换器的三倍。本发明易于调节，并且它将确保稳定性，输出电压也是恒定的，因此能够适用于燃料电池，光伏和电动汽车。

技术研发人员：陈景文,王朝阳
受保护的技术使用者：陕西科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15