一種基于耦合電感和倍壓電容的軟開(kāi)關(guān)高增益直流變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種直流變換器，尤其是涉及一種基于耦合電感和倍壓電容的軟開(kāi)關(guān) 高增益直流變換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著清潔綠色能源的發(fā)展，以太陽(yáng)能，風(fēng)能、潮汐能等一次電源為主的新能源發(fā)電 系統(tǒng)成為研究重點(diǎn)。然而光伏發(fā)電以及燃料電池發(fā)電等系統(tǒng)，由于單體電池發(fā)出的直流電 壓較低，因此在系統(tǒng)前端一般都要增設(shè)一個(gè)直流升壓變換器將新能源發(fā)出的低電壓升高。 傳統(tǒng)的Boost變換器因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單得到廣泛應(yīng)用，但電路損耗大，效率低，升壓受限。現(xiàn)在提出 的高增益直流升壓變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有:級(jí)聯(lián)型Boost變換器，雖提高電壓增益，但電路結(jié) 構(gòu)復(fù)雜，控制難度大且轉(zhuǎn)換效率低;交錯(cuò)并聯(lián)Boost變換器，減小了電流紋波，電壓增益并沒(méi) 有提升，且開(kāi)關(guān)管電壓應(yīng)力很大；帶開(kāi)關(guān)電容的升壓變換器，減小了開(kāi)關(guān)管的電壓應(yīng)力，但 多個(gè)開(kāi)關(guān)電容的并聯(lián)會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)器件的電流應(yīng)力過(guò)大并增加導(dǎo)通損耗;帶耦合電感的高增 益變換器，通過(guò)合理設(shè)計(jì)耦合電感匝比來(lái)實(shí)現(xiàn)高電壓輸出，但是耦合電感中存在的漏感會(huì) 造成開(kāi)關(guān)管兩端很大的電壓尖峰，針對(duì)以上問(wèn)題，出現(xiàn)了如圖1所示的基于栗生電容的直流 升壓變換器，該變換器包括輸入電源Vin、二極管Dl、電感Ll、電感L2、電容Cl、開(kāi)關(guān)管Si、開(kāi)關(guān) 管S2、輸出二極管Do、輸出濾波電容C。和負(fù)載電阻R。，電感Ll一端連接輸入電源Vin正極，另一 端連接開(kāi)關(guān)管Si漏極，開(kāi)關(guān)管3 1源極連接輸入電源Vin負(fù)極，二極管0:陽(yáng)極連接輸入電源Vin 正極，陰極分別連接電容C〇H極和電感1^2-端，電容&負(fù)極連接開(kāi)關(guān)管&漏極，電感L2另一端 連接開(kāi)關(guān)管S2漏極，開(kāi)關(guān)管S2源極連接至輸入電源Vin負(fù)極，輸出二極管D〇陽(yáng)極連接開(kāi)關(guān)管S2 漏極，陰極連接輸出濾波電容C。正極，輸出濾波電容C。負(fù)極連接至輸入電源ν ιη負(fù)極，負(fù)載電 阻R。并聯(lián)于輸出濾波電容C。兩端。該變換器通過(guò)電感U、電感L2和電容Ci的并聯(lián)充電、串聯(lián)放 電的特性較好地實(shí)現(xiàn)了低占空比條件下高電壓增益的目標(biāo)。但是該變換器為換取較大的電 壓增益只能通過(guò)增大開(kāi)關(guān)占空比的方法，但其會(huì)增加輸入電流紋波、降低電路的轉(zhuǎn)換效率， 而且在實(shí)際運(yùn)用中開(kāi)關(guān)頻率也會(huì)受到多方面限制，另外該變換器中兩個(gè)開(kāi)關(guān)管電壓應(yīng)力還 相對(duì)較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于耦合電感 和倍壓電容的軟開(kāi)關(guān)高增益直流變換器。
[0004] 本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0005] -種基于耦合電感和倍壓電容的軟開(kāi)關(guān)高增益直流變換器，包括輸入電源Vin、升 壓主電路和輸出電路，所述的輸入電源V in并聯(lián)于升壓主電路輸入端，所述的輸出電路并聯(lián) 于升壓主電路輸出端，所述的升壓主電路包括二極管Di、二極管0 2、耦合電感、儲(chǔ)能電容G、 倍壓電容C2、主開(kāi)關(guān)管S、鉗位開(kāi)關(guān)管S。、鉗位電容C。、鉗位二極管D。、主開(kāi)關(guān)管并聯(lián)二極管D s 和主開(kāi)關(guān)管并聯(lián)電容Cs，所述的耦合電感第一線圈U同名端連接輸入電源Vin正極，異名端 連接主開(kāi)關(guān)管S漏極，主開(kāi)關(guān)管S源極連接輸入電源Vin負(fù)極，所述的主開(kāi)關(guān)管并聯(lián)二極管Ds 和主開(kāi)關(guān)管并聯(lián)電容Cs均并聯(lián)于主開(kāi)關(guān)管S漏極和源極兩端，所述的鉗位開(kāi)關(guān)管S。源極連接 主開(kāi)關(guān)管s漏極，鉗位開(kāi)關(guān)管ScJi極連接鉗位電容c c正極，鉗位電容cc負(fù)極連接至主開(kāi)關(guān)管s 源極，所述的主開(kāi)關(guān)管并聯(lián)二極管Ds并聯(lián)于鉗位開(kāi)關(guān)管S。漏極和源極兩端，所述的二極管0: 陽(yáng)極連接輸入電源Vin正極，陰極連接儲(chǔ)能電容Cl正極，儲(chǔ)能電容Cl負(fù)極連接親合電感第一 線圈U同名端，所述的耦合電感第二線圈L 2同名端連接二極管Di陰極，異名端連接倍壓電容 c2負(fù)極，二極管02陽(yáng)極連接耦合電感第二線圈L2同名端，陰極連接倍壓電容C 2正極，所述的 輸出電路并聯(lián)于倍壓電容&正極和輸入電源Vin負(fù)極之間。
[0006] 所述的輸出電路包括輸出二極管D。和輸出濾波電容C。，所述的輸出二極管D。陽(yáng)極 連接倍壓電容C2正極，陰極連接輸出濾波電容C。正極，輸出濾波電容C。負(fù)極連接輸入電源V in 負(fù)極。
[0007] 所述的輸出濾波電容C。兩端還并聯(lián)有負(fù)載電阻R。。
[0008] 所述的親合電感第一線圈Li和親合電感第二線圈L2的0i比為Ν = ηι/η2,其中ηι、Π 2 分別為耦合電感第一線圈U和耦合電感第二線圈1^的匝數(shù)。
[0009] 所述的主開(kāi)關(guān)管S和鉗位開(kāi)關(guān)管S。為M0SFET或IGBT。
[0010] 所述的鉗位電容C。大于主開(kāi)關(guān)管并聯(lián)電容Cs。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0012] ⑴本發(fā)明設(shè)置親合電感Ll和耦合電感第二線圈。的匝比為N = m/n2,從而實(shí)現(xiàn)了 從耦合電感匝比和主開(kāi)關(guān)管占空比多自由度來(lái)調(diào)控電壓增益，避免在通過(guò)增大主開(kāi)關(guān)管占 空比而導(dǎo)致的輸入電流紋波增大、電路轉(zhuǎn)換效率低的缺點(diǎn)；
[0013] (2)本發(fā)明主開(kāi)關(guān)管和鉗位開(kāi)關(guān)管可以實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)通，減小了導(dǎo)通損耗；
[0014] (3)本發(fā)明中主開(kāi)關(guān)管和鉗位開(kāi)關(guān)管的電壓應(yīng)力均小于變換器輸出電壓，應(yīng)此兩 個(gè)開(kāi)關(guān)管均可采用低導(dǎo)通電阻的開(kāi)關(guān)器件，降低導(dǎo)通損耗，提高變換器的效率；
[0015] (4)本發(fā)明的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1為基于栗生電容的直流升壓變換器的電路拓?fù)涫疽鈭D；
[0017] 圖2為本發(fā)明基于耦合電感和倍壓電容的軟開(kāi)關(guān)高增益直流變換器的電路拓?fù)涫?意圖；
[0018] 圖3為本發(fā)明基于耦合電感的和倍壓電容的軟開(kāi)關(guān)直流變換器等效電路拓?fù)涫疽?圖；
[0019] 圖4為本發(fā)明直流變換器工作于CCM模式下的關(guān)鍵波形；
[0020]圖5為本發(fā)明直流變換器模態(tài)1工作原理結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021 ]圖6為本發(fā)明直流變換器模態(tài)2工作原理結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖7為本發(fā)明直流變換器模態(tài)3工作原理結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖8為本發(fā)明直流變換器模態(tài)4工作原理結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖9為本發(fā)明直流變換器模態(tài)5工作原理結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖10為本發(fā)明直流變換器模態(tài)6工作原理結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖11為本發(fā)明直流變換器模態(tài)7工作原理結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖12為本發(fā)明直流變換器模態(tài)8工作原理結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖13為本發(fā)明主開(kāi)關(guān)管S的脈沖信號(hào)Vg、輸入電源Vin電壓和輸出電壓Vo的仿真波 形；
[0029] 圖14為主開(kāi)關(guān)管S的軟開(kāi)關(guān)仿真波形；
[0030]圖15為鉗位開(kāi)關(guān)管Sc的軟開(kāi)關(guān)仿真波形；
[0031]圖16為漏感電流ik、勵(lì)磁電流im和流過(guò)耦合電感第二線圈L2的電流i2的仿真波形； [0032]圖17為二極管Di、二極管D2、輸出二極管Do兩端電壓和流過(guò)輸出二極管Do的電流的 仿真波形。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0034] 實(shí)施例
[0035] 如圖2所示，本發(fā)明一種基于耦合電感和倍壓電容的軟開(kāi)關(guān)高增益直流變換器，包 括輸入電源Vin、升壓主電路和輸出電路，所述的輸入電源V in并聯(lián)于升壓主電路輸入端，所 述的輸出電路并聯(lián)于升壓主電路輸出端，所述的升壓主電路包括二極管Di、二極管0 2、耦合 電感、儲(chǔ)能電容Ci、倍壓電容C2、主開(kāi)關(guān)管S、鉗位開(kāi)關(guān)管S。、鉗位電容C。、鉗位二極管D。、主開(kāi) 關(guān)管并聯(lián)二極管D s和主開(kāi)關(guān)管并聯(lián)電容Cs，所述的耦合電感第一線圈U同名端連接輸入電 源Vin正極，異名端連接主開(kāi)關(guān)管S漏極，主開(kāi)關(guān)管S源極連接輸入電源V in負(fù)極，所述的主開(kāi) 關(guān)管并聯(lián)二極管Ds和主開(kāi)關(guān)管并聯(lián)電容Cs均并聯(lián)于主開(kāi)關(guān)管S漏極和源極兩端，所述的鉗位 開(kāi)關(guān)管3。源極連接主開(kāi)關(guān)管S漏極，鉗位開(kāi)關(guān)管ScJI極連接鉗位電容C c正極，鉗位電容Cc負(fù) 極連接至主開(kāi)關(guān)管S源極，所述的主開(kāi)關(guān)管并聯(lián)二極管Ds并聯(lián)于鉗位開(kāi)關(guān)管S。漏極和源極兩 端，所述的二極管〇:陽(yáng)極連接輸入電源V in正極，陰極連接儲(chǔ)能電容CoH極，儲(chǔ)能電容Ci負(fù)極 連接耦合電感第一線圈1^同名端，所述的耦合電感第二線圈L 2同名端連接二極管Di陰極，異 名端連接倍壓電容C2負(fù)極，二極管出陽(yáng)極連接耦合電感第二線圈L 2同名端，陰極連接倍壓電 容(：2正極，所述的輸出電路并聯(lián)于倍壓電容&正極和輸入電源V in負(fù)極之間。其中，所述的耦 合電感第一線圈Li和親合電感第二線圈L2的阻比為~ = 111/112，111、112分別為親合電感第一線 圈1^和耦合電感第二線圈L2的匝數(shù)，所述的主開(kāi)關(guān)管S和鉗位開(kāi)關(guān)管Sc為M0SFET或IGBT，所 述的鉗位電容C。大于主開(kāi)關(guān)管并聯(lián)電容C s。
[0036] 所述的輸出電路包括輸出二極管D。和輸出濾波電容C。，所述的輸出二極管D。陽(yáng)極 連接倍壓電容C2正極，陰極連接輸出濾波電容C。正極，輸出濾波電容C。負(fù)極連接輸入電源V in 負(fù)極，所述的輸出濾波電容C。兩端還并聯(lián)有負(fù)載電阻R。。
[0037]如圖3所示為本發(fā)明基于耦合電感的和倍壓電容的軟開(kāi)關(guān)直流變換器等效電路拓 撲示意圖，即考慮耦合電感第一線圈Li的漏電感Lk和勵(lì)磁電感U，漏電感Lk一端連接輸入電 源Vin負(fù)極，另一端連接