一种基于耦合电感的高变比双向DC/DC变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于耦合电感的高变比双向DC/DC变换器，属于电力电子领域。所述双向DC/DC变换器包括：高压电源端

A high ratio bidirectional DC / DC converter based on coupled inductor

【技术实现步骤摘要】
一种基于耦合电感的高变比双向DC/DC变换器
本专利技术涉及一种新型双向DC/DC变换器，具体来说是一种利用耦合电感实现高电压变比的双向DC/DC变换器，可应用于光伏储能系统等需要高电压变比的双向直流电力变换场合。
技术介绍
近年来，为应对日益严重的环境问题和能源危机，以太阳能、风能为代表的可再生能源发电系统被广泛研究。但其深受环境因素影响，产出的电能表现出明显的间歇性和随机性。为改善电能质量，此类发电系统可以接入储能设备，用来存储以及释放能量，维持直流母线电压稳定。在这些新能源发电系统中，双向DC/DC变换器被作为储能设备与直流母线能量流通的桥梁，其起到了至关重要的作用。常用储能设备的输出电压一般在40V～50V。而作为并网逆变器的直流输入，直流母线电压则需要大于380V。因此，要求双向DC/DC变换器具有较高的电压变比。理论上，传统双向DC/DC变换器的高电压变比可以通过极小或极大的占空比实现，但由于电路本身寄生参数的影响，当占空比到达一定值时，无法再升压或降电，同时会造成严重的反向恢复损耗和EMI问题。此外，高电压比使得各开关管的电压应力较大，增加了能量损耗。因此，在新能源储能系统中亟需要一种具有高电压变比、低电压应力的双向DC/DC变换器。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足之处，本专利技术提供一种适用于可再生能源蓄能系统中的双向DC/DC变换器，其具有高电压变比、低电压应力的特点。本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种基于耦合电感的高变比双向DC/DC变换器，其特征在于包括：高压电源端VH、低压电源端VL、高压滤波电容CH、低压滤波电容CL、由中间电容C1、耦合电感T、第一开关管S1其体二极管D1、第三开关管S3及其体二极管D3和第四开关管S4及其体二极管D4构成高变比升压/降压结构以及由箝位电容C2和第二开关管S2及其体二极管D2构成的有源箝位电路。所述低压侧滤波电容CL的正极与耦合电感T原边n1的同名端、耦合电感T副边n2的同名端连接；所述低压侧滤波电容CL的负极与第一开关管S1的源极、箝位电容C2负极、高压侧滤波电容CH的负极连接；所述耦合电感T原边n1的非同名端与第一开关管S1的漏极、第二开关管S2的源极连接，副边n2的非同名端与中间电容C1的负极连接；所述第二开关管S2的漏极与箝位电容C2的正极、第三开关管S3的源极连接；所述第三开关管S3的漏极与中间电容C1、第四开关管S4的源极连接；所述第四开关管S4的漏极与高压侧滤波电容CH的正极连接。所述耦合电感T与所述中间电容C1、所述第一开关管S1其体二极管D1、所述第三开关管S3及其体二极管D3和所述第四开关管S4及其体二极管D4组成了高变比升压/降压结构，可以通过调节其匝比N来改变变换器的电压变比；所述箝位电容C2与所述第二开关管S2及其体二极管D2组成了变换器的有源箝位电路。所述低压电源端VL接入低压直流电源，且电源正、负极分别接低压侧滤波电容CL的正、负极；所述高压电源端VH接入高压直流电源，且电源正、负极分别接高压侧滤波电容CH的正、负极。本专利技术的有益效果是：高变比升压/降压结构实现了该变换器的高电压变比，且通过改变耦合电感T原副边线圈匝比N调节变比；变换器实现高变比的同时使得各个开关器件的电压应力减小；有源箝位电路吸收了漏感能量，克服了尖峰电压，减小了电路损耗。附图说明图1是所述一种基于耦合电感的高变比双向DC/DC变换器拓扑结构示意图；图2是所述双向DC/DC变换器在升压模式下的等效电路原理图；图3是所述双向DC/DC变换器在升压模式下的关键电流波形图；图4是所述双向DC/DC变换器在升压模式下的第一工作模态图；图5是所述双向DC/DC变换器在升压模式下的第二工作模态图；图6是所述双向DC/DC变换器在升压模式下的第三工作模态图；图7是所述双向DC/DC变换器在升压模式下的第四工作模态图；图8是所述双向DC/DC变换器在升压模式下的第五工作模态图；图9是所述双向DC/DC变换器在降压模式下的等效电路原理图；图10是所述双向DC/DC变换器在降压模式下的关键电流波形图；图11是所述双向DC/DC变换器在升压模式下的输入输出电压仿真波形图；图12是所述双向DC/DC变换器在降压模式下的输入输出电压仿真波形图；图13是所述双向DC/DC变换器的开关管S1电压应力波形图；图14是所述双向DC/DC变换器的开关管S2电压应力波形图；图15是所述双向DC/DC变换器的开关管S3电压应力波形图；图16是所述双向DC/DC变换器的开关管S4电压应力波形图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术所述的一种基于耦合电感的高变比低应力双向DC/DC变换器做详细的说明。如图1所示的一种基于耦合电感的高变比低应力双向DC/DC变换器，其特征在于包括：高压电源端VH、低压电源端VL、高压滤波电容CH、低压滤波电容CL、由中间电容C1、耦合电感T、第一开关管S1其体二极管D1、第三开关管S3及其体二极管D3和第四开关管S4及其体二极管D4构成高变比升压/降压结构以及由箝位电容C2和第二开关管S2及其体二极管D2构成的有源箝位电路。所述低压侧滤波电容CL的正极与耦合电感T原边n1的同名端、耦合电感T副边n2的同名端连接；所述低压侧滤波电容CL的负极与第一开关管S1的源极、箝位电容C2负极、高压侧滤波电容CH的负极连接；所述耦合电感T原边n1的非同名端与第一开关管S1的漏极、第二开关管S2的源极连接，副边n2的非同名端与中间电容C1的负极连接；所述第二开关管S2的漏极与箝位电容C2的正极、第三开关管S3的源极连接；所述第三开关管S3的漏极与中间电容C1、第四开关管S4的源极连接；所述第四开关管S4的漏极与高压侧滤波电容CH的正极连接。所述耦合电感T与所述中间电容C1、所述第一开关管S1其体二极管D1、所述第三开关管S3及其体二极管D3和所述第四开关管S4及其体二极管D4组成了高变比升压/降压结构，可以通过调节其匝比N来改变变换器的电压变比；所述箝位电容C2与所述第二开关管S2及其体二极管D2组成了变换器的有源箝位电路。为了更好说明该变换器，下面对其进行详细分析。该变换器有升压和降压两种工作模式。下面对升压模式做详细分析。所述变换器在升压模式下的等效电路如图2所示。由于低压滤波电容C1的作用，变换器的低压电源端VL可以等效为直流恒压源。高压侧可以等效成负载RH。耦合电感可以等效成一个匝比为N(n1:n2)的理想变压器T与励磁电感Lm并联，再与漏感Lk串联的电路结构。各元件电流参考方向如图2所示。如图3所示的变换器在升压模式下的关键波形图，包括各开关管的驱动电压波形Vgs1～Vgs4，漏感电流iLk、励磁电流iLm、原边电流in1、副边电流in2、箝位电容电流iC2以及各个开关管电流iDS1～iDS4。根据关键波形可以将该变换器在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于耦合电感的高变比双向DC/DC变换器，其特征在于：包括高压电源端

【技术特征摘要】
1.一种基于耦合电感的高变比双向DC/DC变换器，其特征在于：包括高压电源端VH、低压电源端VL、高压滤波电容CH、低压滤波电容CL、由中间电容C1、耦合电感T、第一开关管S1其体二极管D1、第三开关管S3及其体二极管D3和第四开关管S4及其体二极管D4构成高变比升压/降压结构以及由箝位电容C2和第二开关管S2及其体二极管D2构成的有源箝位电路。


2.根据权利要求1所述的一种基于耦合电感的高变比双向DC/DC变换器，其特征在于：所述低压侧滤波电容CL的正极与耦合电感T原边n1的同名端、耦合电感T副边n2的同名端连接；所述低压侧滤波电容CL的负极与第一开关管S1的源极、箝位电容C2负极、高压侧滤波电容CH的负极连接；所述耦合电感T原边n1的非同名端与第一开关管S1的漏极、第二开关管S2的源极连接，副边n2的非同名端与中间电容C1的负极连接；所述第二开关管S2的漏极与箝位电容C2的正极、第...

【专利技术属性】
技术研发人员：史丽萍，童志刚，祁晓雨，李俊杰，孙绍峰，许浩，张雅雯，
申请(专利权)人：徐州上若科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32