專利名稱：高變比直流-直流升壓型變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是高變比直流-直流升壓型變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，屬電力電子技術(shù)中功率變換領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
直流-直流升壓變換器在光伏或燃料電池并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和電動汽車等工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。常規(guī)的BOOST變換器或兩相交錯并聯(lián)BOOST變換器雖然都具有升壓功能，但它們的輸出電壓增益相對較小，開關(guān)的電壓應(yīng)力等于輸出電壓，當(dāng)前端直流源輸入電壓較低時(shí)，盡管理論上可以通過提高開關(guān)的導(dǎo)通占空比來實(shí)現(xiàn)更大的輸出電壓，但這樣一方面會降低變換器的效率，另一方面當(dāng)占空比增大到某一范圍時(shí)，由于功率電感和電路中其它寄生因素的影響，都會限制輸出電壓的進(jìn)一步升高，甚至出現(xiàn)輸出電壓反而下降的情況。因此研究具有更高升壓變比、低開關(guān)電壓應(yīng)力的直流-直流升壓型變換器，具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值
發(fā)明內(nèi)容
:本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出一種高變比直流-直流升壓型變換器，其特征在于:1)交錯的輸入和輸出結(jié)構(gòu)可以減小輸入電流紋波，提高輸出電壓對輸入電壓的變比；2)利用兩個(gè)耦合電感的副邊進(jìn)行串聯(lián)構(gòu)成的倍壓單元可進(jìn)一步獲得更高的升壓變比；3)功率管的應(yīng)力低，非常有利于電路選擇低壓、高速度的開關(guān)器件降低電路的導(dǎo)通損耗，提高電路的性能；4)耦合電感的漏感可以減小二極管的反向恢復(fù)損耗。技術(shù)方案本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:包括兩個(gè)功率開關(guān)管(S1,S2),兩個(gè)耦合電感(T1、T2),四個(gè)單向二極管(D1、D2、D3、D4),三個(gè)輸出電容(C1,C2, C3),—個(gè)鉗位電容(C4),第一個(gè)耦合電感(T1)有兩個(gè)繞組(Lla、Llb)，第二個(gè)I禹合電感(T2)有兩個(gè)繞組(L2a、L2b),第一稱合電感(T1)的第一繞組(Lla)的一端連接直流輸入電源(Vin)的正極,第一稱合電感(T1)的第一繞組(Lla)的另一端與第一功率開關(guān)管(S1)的漏極以及第一單向二極管(D1)的陽極相連，第二耦合電感(T2)的第一繞組(L2a)的一端連接直流輸入電源(Vin)的正極，第二耦合電感(T2)的第一繞組(L2a)的另一端與第二功率開關(guān)管(S2)的漏極以及第二輸出電容(C2)的正極相連，第一功率開關(guān)管
(S1)的源極與直流輸入電源(Vin)的負(fù)極相連，第二功率開關(guān)管(S2)的源極和直流輸入電源(Vin)的負(fù)極及第二單向二極管(D2)的陰極相連，第一單向二極管(D1)的陰極與第三輸出電容(C3)的負(fù)極、第一耦合電感(T1)的第二繞組(Llb)的一端、第三單向二極管(D3)的陽極以及第一輸出電容(C1)的正極相連，第二單向二極管(D2)的陽極與第二輸出電容(C2)的負(fù)端以及輸出的負(fù)端相連，第一耦合電感(T1)的第二繞組(Llb)的另一端與第二耦合電感(T2)的第二繞組(L2b)的一端相連，第二耦合電感(T2)的第二繞組(L2b)的另一端與鉗位電容(C4)的負(fù)極相連，鉗位電容(C4)的正極與第三單向二極管(D3)的陰極以及第四單向二極管(D4)的陽極相連，第四單向二極管(D4)的陰極與第三電容(C3)的正極以及輸出端的正極相連；上述第一耦合電感(T1)的第一繞組(Lla)與直流輸入電源(Vin)的正極相連端和第一耦合電感(T1)的第二繞組(Llb)與第一單向二極管(D1)的陰極相連端為同名端；第二耦合電感(T2)的第一繞組(L2a)與直流輸入電源(Vin)的正極相連端和第二耦合電感(T2)的第二繞組(L2b)與第四電容(C4)的負(fù)極相連端為同名端。工作時(shí)，第一耦合電感0\)、第一功率開關(guān)管⑶)、第一單向二極管(D1)、第一電容(C1)與第二耦合電感(T2)、第二功率開關(guān)管(S2)、第二單向二極管(D2)、第二電容(C2)構(gòu)成的交錯結(jié)構(gòu)不僅可以減小輸入電流紋波，而且比傳統(tǒng)交錯并聯(lián)BOOST電路具有更高的電壓增益；由第一耦合電感(T1)的第二繞組(Llb)、第二耦合電感(T2)的第二繞組(L2b)、第四電容(C4)、第三單向二極管(D3)構(gòu)成的倍壓單元可進(jìn)一步提高升壓變比；另外，兩個(gè)功率開關(guān)管的電壓應(yīng)力也能被有效降低，非常有利于電路選擇低導(dǎo)通電阻、高速度的開關(guān)器件以提聞電路的性能。有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有如下有益效果:1)交錯的輸入、輸出結(jié)構(gòu)可以減小輸入電流紋波，提高輸出電壓對輸入電壓的變比；2)利用耦合電感的副邊構(gòu)成的倍壓單元可使電路獲得更高的升壓變比；3)能有效降低功率管的電壓應(yīng)力，非常有利于選擇低導(dǎo)通電阻、聞開關(guān)速度的功率器件以降低電路的損耗，提聞電路的整體效能。


圖1是本發(fā)明的高變比直流-直流升壓型變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附 圖與具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述:本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了實(shí)施方式和工作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。包括兩個(gè)功率開關(guān)管(S1、S2),兩個(gè)耦合電感(V T2),四個(gè)單向二極管(D1、D2、D3、D4),三個(gè)輸出電容(CpC^C3)，一個(gè)鉗位電容(C4),兩個(gè)耦合電感( \、Τ2)分別有兩個(gè)繞組。第一個(gè)耦合電感(T1)有兩個(gè)繞組(Lla、Llb)，第二個(gè)耦合電感(T2)有兩個(gè)繞組(L2a、L2b)，第一率禹合電感(T1)的第一繞組(Qa)的一端連接直流輸入電源(Vin)的正極,第一稱合電感的第一繞組(Lla)的另一端與第一功率開關(guān)管(S1)的漏極以及第一二極管(D1)的陽極相連，第二稱合電感(T2)的第一繞組(L2a)的一端連接直流輸入電源(Vin)的正極,第二稱合電感(T2)的第一繞組(L2a)的另一端與第二功率開關(guān)管(S2)的漏極以及第二輸出電容(C2)的正極相連，第一功率開關(guān)管(S1)的源極與直流輸入電源(Vin)的負(fù)極相連，第二功率開關(guān)管
(S2)的源極與直流輸入電源(Vin)的負(fù)極和第二單向二極管(D2)的陰極相連，第一單向二極管(D1)的陰極與第三輸出電容(C3)的負(fù)極、第一稱合電感的第二繞組(Llb)的一端、第三單向二極管(D3)的陽極以及第一輸出電容(C1)的正極相連，第二單向二極管(D2)的陽極與第二輸出電容(C2)的負(fù)極以及輸出Vo的負(fù)極端相連,第一I禹合電感(T1)的第二繞組(Llb)的另一端與第二耦合電感(T2)的第二繞組(L2b)的一端相連，第二耦合電感(T2)的第二繞組(L2b)的另一端與鉗位電容(C4)的負(fù)極相連，鉗位電容(C4)的正極端與第三單向二極管(D3)的陰極以及第四單向二極管的陽極相連，第四單向二極管(D4)的陰極與第三輸出電容(C3)的正極以及輸出Vo的正極相連；上述第一耦合電感(T1)的第一繞組(Lla)與直流輸入電源(Vin)的正極相連端和第一耦合電感(T1)的第二繞組(Llb)與第一單向二極管(D1)陰極相連端為同名端；第二耦合電感(T2)的第一繞組(L2a)與直流輸入電源(Vin)的正極相連端和第二耦合電感(T2)的第二繞組(L2b)與鉗位電容(C4)的負(fù)極相連端為同名端。高變比直流-直流升壓型變換器在正常工作時(shí)存在四種穩(wěn)態(tài)工作狀態(tài)，即:第一功率開關(guān)管(S1)導(dǎo)通與第二功率開關(guān)管(S2)關(guān)斷的工作狀態(tài)；第一功率開關(guān)管(S1)導(dǎo)通與第二功率開關(guān)管(S2)導(dǎo)通的工作狀態(tài)；第一功率開關(guān)管(S1)關(guān)斷與第二功率開關(guān)管(S2)導(dǎo)通的工作狀態(tài)；第一功率開關(guān)(S1)導(dǎo)通與第二功率開關(guān)管(S2)導(dǎo)通的工作狀態(tài)。第一功率開關(guān)管(S1)導(dǎo)通與第二功率開關(guān)管(S2)關(guān)斷的工作狀態(tài):在這一工作狀態(tài)中，第一單向二極管(D1)、第四單向二極管(D4)關(guān)斷，第二單向二極管(D2)、第三單向二極管(D3)導(dǎo)通；第一耦合電感(T1)的第一繞組(Lla)的兩端的電壓等于直流輸入電源(Vin)電壓，第一稱合電感(T1)的第一繞組(Lla)上的電流線性上升,輸入電源(Vin)的能量向第一耦合電感(T1)的第一繞組(Lla)傳遞；輸入電源(Vin)和第二耦合電感(T2)的第一繞組(L2a)的能量向第二輸出電容(C2)傳遞,第二I禹合電感(T2)的第一繞組(L2a)上的電流線性下降；第一輸出電容(C1),第二輸出電容(C2),第三輸出電容(C3)同時(shí)又向輸出端負(fù)載(R1)提供能量；第一I禹合電感(T1)的第二繞組(Llb)和第二I禹合電感(T2)的第二繞組(L2b)通過第三單向二極管(D3)向鉗位電容(C4)提供能量。第一功率開關(guān)管(S1)導(dǎo)通與第二功率開關(guān)管(S2)導(dǎo)通的工作狀態(tài):在這一工作狀態(tài)中，第一單向二極管(D1)、第二單向二極管(D2)、第三單向二極管(D3)以及第四單向二極管(D4)全部關(guān)斷；直流輸入電源(Vin)向第一耦合電感(T1)的第一繞組(Lla)和第二耦合電感 (T2)的第二繞組(L2a)傳輸能量，流經(jīng)第一耦合電感(T1)的第一繞組(Lla)和第二耦合電感(T2)的第二繞組(L2a)的電流均線性上升。第一輸出電容(C1)、第二輸出電容(C2)和第三輸出電容(C3)同時(shí)向輸出端負(fù)載(R1)提供能量。第一功率開關(guān)管(S1)關(guān)斷與第二功率開關(guān)管(S2)導(dǎo)通的工作狀態(tài):該狀態(tài)中，第一單向二極管(D1)和第四單向二極管(D4)導(dǎo)通，第二單向二極管(D2)和第三單向二極管(D3)關(guān)斷；直流輸入電源(Vin)向第二耦合電感(T2)的第一繞組(L2a)傳遞能量，流經(jīng)第二耦合電感(T2)的第一繞組(L2a)的電流線性上升；直流輸入電源(Vin)、第一I禹合電感(T1)的第一繞組(Lla)向第一輸出電容(C1)補(bǔ)充能量,流經(jīng)第一I禹合電感(T1)的第一繞組(Lla)的電流線性減?。坏谝获詈想姼?T1)的第二繞組(Llb)、第二耦合電感(T2)的第二繞組(L2b)和鉗位電容(C4)向第三輸出電容(C3)提供能量，同時(shí)第一電容(C1)、第二輸出電容(C2)和第三輸出電容(C3)的電壓串聯(lián)，維持輸出電壓的穩(wěn)定和向輸出端負(fù)載( )提供能量。第一功率開關(guān)(S1)導(dǎo)通與第二功率開關(guān)管(S2)導(dǎo)通的工作狀態(tài):在這一工作狀態(tài)中，第一單向二極管(D1)、第二單向二極管(D2)、第三單向二極管(D3)以及第四單向二極管(D4)全部關(guān)斷；直流輸入電源(Vin)向第一耦合電感(T1)的第一繞組(Lla)和第二耦合電感(T2)的第二繞組(L2a)傳輸能量，流經(jīng)第一耦合電感(T1)的第一繞組(Lla)和第二耦合電感(T2)的第二繞組(L2a)的電流均線性上升。第一輸出電容(C1)、第二輸出電容(C2)和第三輸出電容(C3)同時(shí)向輸出端負(fù)載(R1)提供能量。
權(quán)利要求
1.一種高變比直流-直流升壓型變換器，其特征是:包括兩個(gè)功率開關(guān)管(S1、S2)，兩個(gè)耦合電感(TpT2),四個(gè)單向二極管(D1、D2、D3、D4),三個(gè)輸出電容(CrCyC3),—個(gè)鉗位電容(C4),第一耦合電感(T1)有兩個(gè)繞組(Lla、Llb)，第二耦合電感(T2)有兩個(gè)繞組(L2a、L2b)，第一稱合電感(T1)的第一繞組(Lla)的一端連接直流輸入電源(Vin)的正極,第一稱合電感(T1)的第一繞組(Lla)的另一端與第一功率開關(guān)管(S1)的漏極以及第一單向二極管(D1)的陽極相連，第二耦合電感(T2)的第一繞組(L2a)的一端連接直流輸入電源(Vin)的正極，第二耦合電感(T2)的第一繞組(L2a)的另一端與第二功率開關(guān)管(S2)的漏極以及第二輸出電容(C2)的正極相連，第一功率開關(guān)管(S1)的源極與直流輸入電源(Vin)的負(fù)極相連，第二功率開關(guān)管(S2)的源極和直流輸入電源(Vin)的負(fù)極及第二單向二極管(D2)的陰極相連，第一單向二極管(D1)的陰極與第三輸出電容(C3)的負(fù)極、第一耦合電感(T1)的第二繞組(Llb)的一端、第三單向二極管(D3)的陽極以及第一輸出電容(C1)的正極相連，第二單向二極管(D2)的陽極與第二輸出電容(C2)的負(fù)端以及輸出的負(fù)端相連,第一I禹合電感(T1)的第二繞組(Llb)的另一端與第二耦合電感(T2)的第二繞組(L2b)的一端相連，第二耦合電感(T2)的第二繞組(L2b)的另一端與鉗位電容(C4)的負(fù)極相連，鉗位電容(C4)的正極與第三單向二極管(D3)的陰極以及第四單向二極管(D4)的陽極相連，第四單向二極管(D4)的陰極與第三電容(C3)的正極以及輸出端的正極相連；上述第一I禹合電感(T1)的第一繞組(Lla)與直流輸入電源(Vin)的正極相連端和第一I禹合電感(T1)的第二繞組(Llb)與第一單向二極管(D1)的陰極相連端為同名端；第二耦合電感(T2)的第一繞組(L2a)與直流輸入電源(Vin)的正極相連端和第二耦合電感(T2)的第二繞組(L2b)與第四電容(C4)的負(fù)極相連端為同名端。
全文摘要
一種高變比直流-直流升壓型變換器，具有較高升壓能力，屬于電力電子技術(shù)中功率變換領(lǐng)域，包括兩個(gè)功率開關(guān)管，兩個(gè)耦合電感，四個(gè)單向二極管，三個(gè)輸出電容，一個(gè)鉗位電容。兩個(gè)耦合電感分別有兩個(gè)繞組。本發(fā)明的直流-直流升壓型變換器具有較大的升壓變比和較低的開關(guān)電壓應(yīng)力，而且變換器還具有輸入電流紋波小，輸出電壓紋波低，結(jié)構(gòu)簡單、控制方便等突出優(yōu)點(diǎn)，非常適用于今后光伏/燃料電池等可再生能源發(fā)電系統(tǒng)。
文檔編號H02M3/10GK103107699SQ20131006455
公開日2013年5月15日 申請日期2013年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月1日
發(fā)明者胡雪峰, 章家?guī)r, 王琳, 高龍 申請人:安徽工業(yè)大學(xué)