基于耦合电感倍压单元的高增益无桥PFC变换器制造技术

本发明专利技术公开了基于耦合电感倍压单元的高增益无桥PFC变换器，包括第一耦合电感、第二耦合电感、第一主功率开关管、第二主功率开关管、第一输出二极管、第二输出二极管、第一钳位二极管、第二钳位二极管、第一钳位电容、第二钳位电容、第一续流二极管、第二续流二极管、第一倍压电容、第二倍压电容以及输出电容，第一耦合电感包括第一绕组和第二绕组，第二耦合电感包括第一绕组和第二绕组。本发明专利技术在传统无桥PFC变换器拓扑的基础上，使用耦合电感倍压单元代替原来的电感，通过耦合电感倍压单元来实现高增益，避免电路工作在极限占空比的状态，适用于需要功率因数校正且高增益的场合。

【技术实现步骤摘要】
基于耦合电感倍压单元的高增益无桥PFC变换器
本专利技术属于AC/DC变换领域，涉及了一种无桥PFC变换器，特别涉及了一种高增益无桥PFC变换器。
技术介绍
随着全球性的环境污染及能源危机，可再生能源如太阳能、风能、海洋能等越来越受到全世界的关注。波浪能作为海洋能源的一种形式，合理有效利用波浪能对解决能源危机、保护环境具有重要意义。磁流体发电机可有效地利用波浪能，并将其转化为电能，然而，磁流体发电机输出的电能功率因数低、周期长且其输出电压低、输出电流大，在实际应用中需要一种高增益变换器对其进行升压和功率因数校正。传统的无桥PFC变换器可以实现升压以及功率因数校正的功能，但是只有在极限占空比的条件下才能输出较高的电压。为了达到较高的输出母线电压，会导致占空比一直处在极限状态，极限占空比会带来一系列的不利影响：较大的电流纹波、变换器更易受寄生参数的影响、输出电压达不到预设值。
技术实现思路
为了解决上述
技术介绍
提出的技术问题，本专利技术旨在提供基于耦合电感倍压单元的高增益无桥PFC变换器，解决传统无桥PFC变换器应用在高增益场合所遇到的问题。为了实现上述技术目的，本专利技术的技术方案为：基于耦合电感倍压单元的高增益无桥PFC变换器，包括第一耦合电感、第二耦合电感、第一主功率开关管、第二主功率开关管、第一输出二极管、第二输出二极管、第一钳位二极管、第二钳位二极管、第一钳位电容、第二钳位电容、第一续流二极管、第二续流二极管、第一倍压电容、第二倍压电容以及输出电容，所述第一耦合电感包括第一绕组和第二绕组，所述第二耦合电感包括第一绕组和第二绕组；第一耦合电感的第一绕组的同名端和第二耦合电感的第一绕组的同名端分别连接交流电源的两端，第一耦合电感的第一绕组的异名端连接第一钳位二极管的阳极，第一耦合电感的第二绕组的同名端连接第一钳位二极管的阴极，第一耦合电感的第二绕组的异名端经第一倍压电容与第一输出二极管的阳极相连，第一续流二极管的阳极连接第一耦合电感的第二绕组的同名端，第一续流二极管的阴极连接第一输出二极管的阳极，第一主功率开关管的漏极连接第一钳位二极管的阳极，第一主功率开关管的源极经第一钳位电容与第一钳位二极管的阴极相连，第二耦合开关的第一绕组的异名端连接第二钳位二极管的阳极，第二耦合电感的第二绕组的同名端连接第二钳位二极管的阴极，第二耦合电感的第二绕组的异同名端经第二倍压电容与第二输出二极管的阳极相连，第二续流二极管的阳极连接第二耦合电感的第二绕组的同名端，第二续流二极管的阴极连接第二输出二极管的阳极，第二主功率开关管的漏极连接第二钳位二极管的阳极，第二主功率开关管的源极经第二钳位电容与第二钳位二极管的阴极相连，第一输出二极管的阴极和第二输出二极管的阴极分别连接输出电容的一端，第一主功率开关管的源极和第二主功率开关管的源极分别连接输出电容的另一端，且输出电容的两端接入负载。进一步地，当交流电源输出在正半周时，第一主功率开关管的漏、源极之间承受正向电压，通过给定第一主功率开关管的栅极信号控制其通断，使第一耦合电感的能量传送至负载；当变换器工作在交流正半周时，第一耦合电感的第一绕组和第二绕组、第二耦合电感的第一绕组、第一主功率开关管、第二主功率开关管、第一箝位二极管、第一倍压电容、第一续流二极管以及第一输出二极管，共同组成一个耦合电感倍压单元的BoostPFC回路。进一步地，当交流电源输出在正半周时，变换器依次经过7个工作模态：工作模态1：第一主功率开关管与第一续流二极管处于导通状态，第一输出二极管和第一箝位二极管处于反向关断状态，第一耦合电感的励磁电感与漏感的电流在输入电压的作用下上升，第一耦合电感的漏感与第一倍压电容谐振，此时第一耦合电感作为一个励磁电感较小的变压器向第一倍压电容传递能量；工作模态2：在该模态的起始时刻，第一主功率开关管关断，第一箝位二极管开始导通，将第一主功率开关管的漏、源极电压箝位到第一箝位电容两端的电压；之后，第一耦合电感的漏感开始与第一箝位电容及第一倍压电容谐振，第一箝位电容和第一倍压电容的电压基本保持不变，而第一耦合电感的漏感电流减小，直至该模态终止时刻，第一耦合电感的第二绕组的电流下降到零；工作模态3：第一续流二极管进入反向恢复阶段，第一箝位电容和第一倍压电容的电压基本保持不变，第一耦合电感的漏感与第一续流二极管的结电容谐振，该结电容的电压上升而第一耦合电感的漏感的电流下降；工作模态4：当第一输出二极管两端的电压升高后使第一输出二极管导通，存储在第一耦合电感的励磁电感中的能量与第一倍压电容中的能量开始向负载转移；输出电容两端的电压视为不变，第一耦合电感的漏感与第一箝位电容及第一倍压电容谐振，第一倍压电容的电压下降，第一耦合电感的漏感的电流也下降；工作模态5：第一耦合电感的漏感的电流下降到零，第一耦合电感的漏感与第一箝位电容及第一倍压电容停止谐振，第一耦合电感的励磁电感的能量向负载转移，励磁电流下降；工作模态6：第一主功率开关管导通，第一耦合电感的漏感的电流从零上升，第一主功率开关管实现零电流开通，第一耦合电感的漏感决定了第一耦合电感的第二绕组中电流的变化率，从而间接控制了第一输出二极管中电流的变化率，抑制了二极管的反向恢复；工作模态7：第一耦合电感的第二绕组的电流下降到零，第一输出二极管的结电容与第一耦合电感的漏感谐振，该结电容的电压上升而第一续流二极管的电压以相同速率下降。进一步地，当交流电源输出在负半周时，第二主功率开关管的漏、源极之间承受正向电压，通过给定第二主功率开关管的栅极信号控制其通断，使第二耦合电感的能量传送至负载；当变换器工作在交流负半周时，第一耦合电感的第一绕组、第二耦合电感的第一绕组和第二绕组、第一主功率开关管、第二主功率开关管、第二箝位二极管、第二倍压电容、第二续流二极管、第二输出二极管，共同组成一个耦合电感倍压单元的BoostPFC回路。进一步地，第一耦合电感的第一绕组的匝数与第二耦合电感的第一绕组的匝数相同，第一耦合电感的第二绕组的匝数与第二耦合电感的第二绕组的匝数相同。采用上述技术方案带来的有益效果：本专利技术在传统的无桥PFC变换器的基础上，使用耦合电感倍压单元代替升压电感，提升升压效果，解决了在高增益条件下，变换器工作于极限占空比的问题；本专利技术将耦合电感的第二绕组、倍压电容以及续流二极管结合组成耦合电感倍压单元，在实现电压增益拓展并降低主功率开关管电压应力的同时，可有效降低输出二极管的电压应力，使其低于输出电压。本专利技术电路结构简单、损耗低、效率高。附图说明图1是本专利技术的拓扑结构图；图2是本专利技术中的主功率开关管的驱动波形图；图3(a)-3(g)依次为变换器在交流电源输出为正半周时的七种工作模态的等效电路图。标号说明：L1p、L1s：第一耦合电感的第一绕组、第二绕组；L2p、L2s：第二耦合电感的第一绕组、第二绕组；S1、S2：第一、第二主功率开关管；Do1、Do2：第一、第二输出二极管；Dc1、Dc2：第一、第二钳位二极管；Cc1、Cc2：第一、第二钳位电容；Dr1、Dr2：第一、第二续流二极管；Cm1、Cm2：第一、第二倍压电容；Co：输出电容；Vin：交流电源。具体实施方式以下将结合附图，对本专利技术的技术方案进行详细说明。如图1所示，基于耦合电感倍压单元的高增本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于耦合电感倍压单元的高增益无桥PFC变换器，其特征在于：包括第一耦合电感、第二耦合电感、第一主功率开关管(S

【技术特征摘要】
1.基于耦合电感倍压单元的高增益无桥PFC变换器，其特征在于：包括第一耦合电感、第二耦合电感、第一主功率开关管(S1)、第二主功率开关管(S2)、第一输出二极管(Do1)、第二输出二极管(Do2)、第一钳位二极管(Dc1)、第二钳位二极管(Dc2)、第一钳位电容(Cc1)、第二钳位电容(Cc2)、第一续流二极管(Dr1)、第二续流二极管(Dr2)、第一倍压电容(Cm1)、第二倍压电容(Cm2)以及输出电容(Co)，所述第一耦合电感包括第一绕组(L1p)和第二绕组(L1s)，所述第二耦合电感包括第一绕组(L2p)和第二绕组(L2s)；第一耦合电感的第一绕组(L1p)的同名端和第二耦合电感的第一绕组(L2p)的同名端分别连接交流电源的两端，第一耦合电感的第一绕组(L1p)的异名端连接第一钳位二极管(Dc1)的阳极，第一耦合电感的第二绕组(L1s)的同名端连接第一钳位二极管(Dc1)的阴极，第一耦合电感的第二绕组(L1s)的异名端经第一倍压电容(Cm1)与第一输出二极管(Do1)的阳极相连，第一续流二极管(Dr1)的阳极连接第一耦合电感的第二绕组(L1s)的同名端，第一续流二极管(Dr1)的阴极连接第一输出二极管(Do1)的阳极，第一主功率开关管(S1)的漏极连接第一钳位二极管(Dc1)的阳极，第一主功率开关管(S1)的源极经第一钳位电容(Cc1)与第一钳位二极管(Dc1)的阴极相连，第二耦合开关的第一绕组(L2p)的异名端连接第二钳位二极管(Dc2)的阳极，第二耦合电感的第二绕组(L2s)的同名端连接第二钳位二极管(Dc2)的阴极，第二耦合电感的第二绕组(L2s)的异同名端经第二倍压电容(Cm2)与第二输出二极管(Do2)的阳极相连，第二续流二极管(Dr2)的阳极连接第二耦合电感的第二绕组(L2s)的同名端，第二续流二极管(Dr2)的阴极连接第二输出二极管(Do2)的阳极，第二主功率开关管(S2)的漏极连接第二钳位二极管(Dc2)的阳极，第二主功率开关管(S2)的源极经第二钳位电容(Cc2)与第二钳位二极管(Dc2)的阴极相连，第一输出二极管(Do1)的阴极和第二输出二极管(Do2)的阴极分别连接输出电容(Co)的一端，第一主功率开关管(S1)的源极和第二主功率开关管(S2)的源极分别连接输出电容(Co)的另一端，且输出电容(Co)的两端接入负载。2.根据权利要求1所述基于耦合电感倍压单元的高增益无桥PFC变换器，其特征在于：当交流电源输出在正半周时，第一主功率开关管(S1)的漏、源极之间承受正向电压，通过给定第一主功率开关管(S1)的栅极信号控制其通断，使第一耦合电感的能量传送至负载；当变换器工作在交流正半周时，第一耦合电感的第一绕组(L1p)和第二绕组(L1s)、第二耦合电感的第一绕组(L2p)、第一主功率开关管(S1)、第二主功率开关管(S2)、第一箝位二极管(Dc1)、第一倍压电容(Cm1)、第一续流二极管(Dr1)以及第一输出二极管(Do1)，共同组成一个耦合电感倍压单元的BoostPFC回路。3.根据权利要求2所述基于耦合电感倍压单元的高增益无桥PFC变换器，其特征在于：当交流电源输出在正半周时，变换器依次经过7个工作模态：工作模态1：第一主功率开关管(S1)与第一续流二...

【专利技术属性】
技术研发人员：程朵朵，王慧贞，徐智成，张红岩，施艳萍，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32