一种包含开关电感电容结构的高增益直流-直流变换器的制作方法

本发明属于直流-直流变换，具体地说，本发明涉及一种包含开关电感电容结构的高增益直流-直流变换器。

背景技术：

1、随着世界人口的不断增长和社会的不断发展，人类对能源的需求也在不断提高，在社会发展的过程中，由于对传统化石能源的过度使用，导致其储量正在急剧下降，同时也造成了大气污染、温室效应等环境问题，已经影响到人类未来的发展。而分布式电源不仅可以产生大量清洁的可再生能源，减少化石能源的消耗和有害气体的排放，而且还具有价格便宜、安装灵活等特点，因此分布式电源的应用越来越广泛。

2、但是，分布式电源在并网时，需要通过直流变换器接入公共母线上供高压直流负载使用，在专利cn103066834a中公开了一种交错并联高增益升压型直流变换器，输入侧只采用普通的交错并联结构，输入侧电感的电流纹波大，电压增益低；此外，若分布式电源直接通过半桥逆变器并网，会造成并网损耗较大，并且可能会发生并网发电系统中性点偏移的问题。因此，具有高增益的直流变换器在分布式电源中及并网发电过程中具有重要作用。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种包含开关电感电容结构的高增益直流-直流变换器，以达到获得更高的输出电压增益的目的。

2、为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、本发明提供了一种包含开关电感电容结构的高增益直流-直流变换器，包括直流输入电源uin、第五功率电感lm、功率开关s、第一升压单元、第二升压单元、第一负载、第二负载、第三电容c3和第四电容c4，第五功率电感lm的第一端与直流输入电源uin的正极连接；第五功率电感lm的第二端分别与第一升压单元及第二升压单元的输入端连接；第一升压单元的输出端分别与第一负载的第一端及第三电容c3的正极连接；第二升压单元的输出端分别与第二负载的第一端及第四电容c4的正极连接；第一负载的第二端与第三电容c3的负极连接；第二负载的第二端与第四电容c4的负极连接；第一负载的第二端与第二负载的第一端连接；第三电容c3的负极与第四电容c4的正极连接，并与地连接；功率开关s的漏极与第五功率电感lm的第二端连接；功率开关s的源极与直流输入电源uin的负极连接，并与地连接；功率开关s的栅极与控制器连接。

4、进一步地，第一升压单元包括第一开关电感电容结构、第五电容cs和第五二极管ds，第五电容cs的正极与第五功率电感lm的第二端连接；第五电容cs的负极分别与第五二极管ds的阳极及第一开关电感电容结构的第一端连接；第一开关电感电容结构的第二端分别与第一负载的第二端及第三电容c3的负极连接；第五二极管ds的阴极分别与第一负载的第一端及第三电容c3的正极连接。

5、进一步地，第二升压单元包括第二开关电感电容结构、第六电容cc和第六二极管dc，第六电容cc的正极与第五功率电感lm的第二端连接；第六电容cc的负极分别与第六二极管dc的阳极及第二开关电感电容结构的第一端连接；第二开关电感电容结构的第二端分别与第二负载的第二端及第四电容c4的负极连接；第六二极管dc的阴极分别与第二负载的第一端及第四电容c4的正极连接。

6、进一步地，第一开关电感电容结构包括第一功率电感l1、第二功率电感l2、第一电容c1、第一二极管d1和第二二极管d2，第一电容c1的正极与第一功率电感l1的第一端连接构成第一开关电感电容结构的第一端；第二二极管d2的阳极与第二功率电感l2的第二端连接构成第一开关电感电容结构的第二端；第一二极管d1的阳极分别与第一电容c1的负极及第二功率电感l2的第一端连接；第一二极管d1的阴极分别与第二二极管d2的阴极及第一功率电感l1的第二端连接。

7、进一步地，第二开关电感电容结构包括第三功率电感l3、第四功率电感l4、第二电容c2、第三二极管d3和第四二极管d4，第二电容c2的正极与第三功率电感l3的第一端连接构成第二开关电感电容结构的第一端；第四二极管d4的阳极与第四功率电感l4的第二端连接构成第二开关电感电容结构的第二端；第三二极管d3的阳极分别与第二电容c2的负极及第四功率电感l4的第一端连接；第三二极管d3的阴极分别与第四二极管d4的阴极及第三功率电感l3的第二端连接。

8、进一步地，第五电容cs的正极是第一升压单元的输入端。

9、进一步地，第六电容cc的正极是第二升压单元的输入端。

10、进一步地，第五二极管ds的阴极是第一升压单元的输出端。

11、进一步地，第六二极管dc的阴极是第二升压单元的输出端。

12、进一步地，变换器的输出电压增益m＝uo/uuin＝2d(2－d)/(1－d)，其中，uo为第一升压单元输出端与第二升压单元输出端之间的电压差，uuin为直流输入电源uin的标定输入电压，d为功率开关s的占空比。

13、本发明的高增益直流-直流变换器具有以下优点：

14、(1)本发明在第一升压单元和第二升压单元中分别使用了第一开关电感电容结构和第二开关电感电容结构储能，替代了传统的功率电感，使得第一升压单元和第二升压单元的输出电压更高，从而使本发明的变换器可以具有更高的输出电压增益。

15、(2)本发明的第一升压单元的输出电压与输入电源uin的电压极性相同，第二升压单元的输出电压与输入电源uin的电压极性相反，通过第一升压单元和第二升压单元的组合可以得到三种输出电平。

16、(3)本发明变换器电路的输出电压的电压值只与本发明变换器电路的拓扑结构有关，不受第三电容c3和第四电容c4的电容值的影响，解决了当变换器连接三电平逆变器时中性点偏移的问题，降低了变换器的损耗，提高了变换器的效率。

17、(4)本发明变换器在工作时，可以使得电路的输出电流连续。

18、(5)本发明变换器的电路中只使用了一个功率开关s，成本低且便于控制。

技术特征：

1.一种包含开关电感电容结构的高增益直流-直流变换器，其特征在于：包括直流输入电源(uin)、第五功率电感(lm)、功率开关(s)、第一升压单元、第二升压单元、第一负载、第二负载、第三电容(c3)和第四电容(c4)，所述第五功率电感(lm)的第一端与所述直流输入电源(uin)的正极连接；所述第五功率电感(lm)的第二端分别与所述第一升压单元及第二升压单元的输入端连接；所述第一升压单元的输出端分别与所述第一负载的第一端及第三电容(c3)的正极连接；所述第二升压单元的输出端分别与所述第二负载的第一端及第四电容(c4)的正极连接；所述第一负载的第二端与所述第三电容(c3)的负极连接；所述第二负载的第二端与所述第四电容(c4)的负极连接；所述第一负载的第二端与所述第二负载的第一端连接；所述第三电容(c3)的负极与所述第四电容(c4)的正极连接，并与地连接；所述功率开关(s)的漏极与所述第五功率电感(lm)的第二端连接；所述功率开关(s)的源极与所述直流输入电源(uin)的负极连接，并与地连接；所述功率开关(s)的栅极与控制器连接。

2.如权利要求1所述的一种包含开关电感电容结构的高增益直流-直流变换器，其特征在于：所述第一升压单元包括第一开关电感电容结构、第五电容(cs)和第五二极管(ds)，所述第五电容(cs)的正极与第五功率电感(lm)的第二端连接；所述第五电容(cs)的负极分别与所述第五二极管(ds)的阳极及第一开关电感电容结构的第一端连接；所述第一开关电感电容结构的第二端分别与第一负载的第二端及第三电容(c3)的负极连接；所述第五二极管(ds)的阴极分别与第一负载的第一端及第三电容(c3)的正极连接。

3.如权利要求1所述的一种包含开关电感电容结构的高增益直流-直流变换器，其特征在于：所述第二升压单元包括第二开关电感电容结构、第六电容(cc)和第六二极管(dc)，所述第六电容(cc)的正极与第五功率电感(lm)的第二端连接；所述第六电容(cc)的负极分别与所述第六二极管(dc)的阳极及第二开关电感电容结构的第一端连接；所述第二开关电感电容结构的第二端分别与第二负载的第二端及第四电容(c4)的负极连接；所述第六二极管(dc)的阴极分别与第二负载的第一端及第四电容(c4)的正极连接。

4.如权利要求2所述的一种包含开关电感电容结构的高增益直流-直流变换器，其特征在于：所述第一开关电感电容结构包括第一功率电感(l1)、第二功率电感(l2)、第一电容(c1)、第一二极管(d1)和第二二极管(d2)，所述第一电容(c1)的正极与所述第一功率电感(l1)的第一端连接构成第一开关电感电容结构的第一端；所述第二二极管(d2)的阳极与所述第二功率电感(l2)的第二端连接构成第一开关电感电容结构的第二端；所述第一二极管(d1)的阳极分别与所述第一电容(c1)的负极及第二功率电感(l2)的第一端连接；所述第一二极管(d1)的阴极分别与所述第二二极管(d2)的阴极及第一功率电感(l1)的第二端连接。

5.如权利要求3所述的一种包含开关电感电容结构的高增益直流-直流变换器，其特征在于：所述第二开关电感电容结构包括第三功率电感(l3)、第四功率电感(l4)、第二电容(c2)、第三二极管(d3)和第四二极管(d4)，所述第二电容(c2)的正极与所述第三功率电感(l3)的第一端连接构成第二开关电感电容结构的第一端；所述第四二极管(d4)的阳极与所述第四功率电感(l4)的第二端连接构成第二开关电感电容结构的第二端；所述第三二极管(d3)的阳极分别与所述第二电容(c2)的负极及第四功率电感(l4)的第一端连接；所述第三二极管(d3)的阴极分别与所述第四二极管(d4)的阴极及第三功率电感(l3)的第二端连接。

6.如权利要求2所述的一种包含开关电感电容结构的高增益直流-直流变换器，其特征在于：所述第五电容(cs)的正极是第一升压单元的输入端。

7.如权利要求3所述的一种包含开关电感电容结构的高增益直流-直流变换器，其特征在于：所述第六电容(cc)的正极是第二升压单元的输入端。

8.如权利要求2所述的一种包含开关电感电容结构的高增益直流-直流变换器，其特征在于：所述第五二极管(ds)的阴极是第一升压单元的输出端。

9.如权利要求3所述的一种包含开关电感电容结构的高增益直流-直流变换器，其特征在于：所述第六二极管(dc)的阴极是第二升压单元的输出端。

10.如权利要求1所述的一种包含开关电感电容结构的高增益直流-直流变换器，其特征在于：所述变换器的输出电压增益m＝uo/uuin＝2d(2－d)/(1－d)，其中，uo为第一升压单元输出端与第二升压单元输出端之间的电压差，uuin为直流输入电源(uin)的标定输入电压，d为功率开关(s)的占空比。

技术总结
本发明公开了一种包含开关电感电容结构的高增益直流‑直流变换器，涉及直流‑直流变换技术领域，该变换器包括直流输入电源U<subgt;in</subgt;、第五功率电感L<subgt;m</subgt;、功率开关S、第一升压单元、第二升压单元、第一负载、第二负载、第三电容C<subgt;3</subgt;和第四电容C<subgt;4</subgt;，其中，第五功率电感L<subgt;m</subgt;的第一端与直流输入电源U<subgt;in</subgt;的正极连接；第五功率电感L<subgt;m</subgt;的第二端分别与第一升压单元及第二升压单元的输入端连接；第一升压单元的输出端与第三电容C<subgt;3</subgt;的正极连接；第二升压单元的输出端与第四电容C<subgt;4</subgt;的正极连接。通过第一升压单元和第二升压单元的组合，不仅可以使得本发明的变换器获得更高的输出电压增益，而且解决了当变换器连接三电平逆变器时中性点偏移的问题。

技术研发人员：刘祚松,朱广帅,王泽华,李春奇,张光,彭鹏,王立峰,承楠,慈强,李庆,段方,朱荣,徐德昊,周磊,张毅恒,李强,朱海琳,姚周文
受保护的技术使用者：国网安徽省电力有限公司芜湖市繁昌区供电公司
技术研发日：
技术公布日：2024/11/11