本发明专利技术公开了两种开关电容和多绕组变压器构成的高增益高频整流隔离变换器，属于电力电子变换器技术领域。所述开关电容和多绕组变压器构成的高增益高频整流隔离变换器由高频交流矩形波电压源、包含多个绕组的变压器、高频电感、四个二极管、两个开关管、两个辅助电容、输出滤波电容和负载构成，本发明专利技术利用高频电感和开关管使整流电路具备了可控的升压整流能力，利用辅助电容构成开关电容电路提升整流电路的升压能力，利用多绕组变压器进一步提升升压能力，使得整流电路具备了很高的升压能力，而且实现了所有开关管和二极管的软开关，可有效减小开关损耗、提高效率，本发明专利技术特别适合高效、高增益隔离升压直流功率变换场合应用。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了两种开关电容和多绕组变压器构成的高增益高频整流隔离变换器，属于电力电子变换器
。所述开关电容和多绕组变压器构成的高增益高频整流隔离变换器由高频交流矩形波电压源、包含多个绕组的变压器、高频电感、四个二极管、两个开关管、两个辅助电容、输出滤波电容和负载构成，本专利技术利用高频电感和开关管使整流电路具备了可控的升压整流能力，利用辅助电容构成开关电容电路提升整流电路的升压能力，利用多绕组变压器进一步提升升压能力，使得整流电路具备了很高的升压能力，而且实现了所有开关管和二极管的软开关，可有效减小开关损耗、提高效率，本专利技术特别适合高效、高增益隔离升压直流功率变换场合应用。【专利说明】开关电容和多绕组变压器构成的高增益高频整流隔离变换器
本专利技术涉及一种隔离型直流-直流电能变换器，尤其涉及开关电容和多绕组变压器构成的高增益高频整流隔离变换器，属于电力电子变换器
。
技术介绍
在可再生能源发电、航空、航天、汽车以及医疗等
的应用中，出于安全的考虑并且为了满足电压的需求，通常需要采用隔离升压直流变换器。如何提升隔离变换器的电压增益、减小变换器所用器件的电压应力并实现高效率功率变换一直是该
所关注的重点问题。传统的隔离型直流变换器通过调整变压器的变比来实现各种升压功能，但是，单纯依靠调整变压器的变比来实现升压存在以下问题:开关器件的电压应力高，特别是变换器副边整流二极管的电压应力远高于输出电压；变压器漏感增加，引起开关器件的电压尖峰和震荡，进一步加剧了开关器件的应力、降低了可靠性和效率。此外，传统的隔离型直流变换器通常不能实现所有开关器件、特别是变压器副边器件的软开关，极大的影响了变换器的效率。电流型隔离变换器是隔离升压变换器的典型解决方案之一，如附图1，该方案将升压电路置于隔离变换器的原边电路，通过调节开关管的占空比可以实现隔离升压功能，该方案可以有效减小变压器绕组的匝数，整流二极管直接被输出电压箝位、电压应力较低。然而，其主要问题在于原边开关管的电压应力过高，特别是开关管关断时变压器漏感等会引起极大的电压尖峰，严重影响变换器的正常运行，因此必须加入合适的有源或无源吸收电路，导致电路复杂。此外，该电路方案虽然可以实现升压，但升压能力有限，而且开关管不能实现软开关，变换效率也受到影响。文献“ChuanYao, Xinbo Ruan, Xuehua Wang, Chi K.Tse.1solated Buck-BoostDC/DC Converters Suitable for Wide Input-Voltage Range.1EEE Transactions onPower Electronics, 2011, 26 (9):2599-2613.”将非隔离升压电路置于隔离降压变换器的副边，连接在整流电路输出端之后，以此实现隔离升压功能。该方案的主要问题在于变压器副边的整流电路、非隔离升压电路等都是硬开关，而且从输入到输出需要经过两级功率变换，这都会极大的降低变换器的整体效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，为隔离升压功率变换场合提供一种开关电容和多绕组变压器构成高增益高频整流隔离变换器。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的:所述开关电容和多绕组变压器构成的高增益高频整流隔离变换器由高频交流矩形波电压源(Uin)、变压器(T)、高频电感(Lh)、第一开关管⑶)、第二开关管(S2)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第一辅助电容(Cal)、第二辅助电容(Ca2)、输出滤波电容(C。)和负载(R。)构成，其中，变压器⑴包括原边绕组(NP)、第一副边绕组(Nsi)、第二副边绕组(Ns2)和第三副边绕组(Ns3);所述高频交流矩形波电压源(uin)的一端连于变压器(T)原边绕组(Np)的同名端、高频交流矩形波电压源(Uin)的另一端连于变压器⑴原边绕组(Np)的非同名端。所述高频电感(Lh)、第一开关管(S1)、第二开关管(S2)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第一辅助电容(Cal)、第二辅助电容(Ca2)、输出滤波电容(C。)、负载(R。)以及变压器⑴的第一副边绕组(Nsi)、第二副边绕组(Ns2)和第三副边绕组(Ns3)有两种可选的连接方式。方式一:所述变压器(T)第一副边绕组(Nsi)的同名端连于高频电感(Lh)的一端，高频电感(Lh)的另一端连于第一二极管(D1)的阳极、第一开关管(S1)的漏极和第一辅助电容(Cal)的一端，第一二极管(D1)的阴极连于变压器(T)第二副边绕组(Ns2)的同名端，变压器(T)第二副边绕组(Ns2)的非同名端连于第三二极管(D3)的阳极，第三二极管(D3)的阴极连于第四二极管(D4)的阴极、输出滤波电容(C。)的一端和负载(R。)的一端，输出滤波电容(C。)的另一端连于负载(R。)的另一端、第一开关管(S1)的源极和第二开关管(S2)的源极，第二开关管(S2)的漏极连于变压器(T)第一副边绕组(Nsi)的非同名端、第二辅助电容(Ca2)的另一端和第二二极管(D2)的阳极，第二二极管(D2)的阴极连于第一辅助电容(Cal)的另一端和变压器⑴第三副边绕组(Ns3)的非同名端，变压器⑴第三副边绕组(Ns3)的同名端连于第四二极管(D4)的阳极。方式二:所述变压器(T)第一副边绕组(Nsi)的同名端连于高频电感(Lh)的一端，高频电感(Lh)的另一端连于第一开关管(S1)的源极、第一二极管(D1)的阴极和第一辅助电容(Cal)的一端，第一开关管(S1)的漏极连于第二辅助电容(Ca2)的一端和变压器(T)第二副边绕组(Ns2)的同名端，变压器(T)第二副边绕组(Ns2)的非同名端连于第三二极管(D3)的阳极，第三二极管(D3)的阴极连于第四二极管(D4)的阴极、输出滤波电容(C。)的一端和负载(R。)的一端，输出滤波电容(C。)的另一端连于负载(R。)的另一端、第一二极管(D1)的阳极和第二二极管(D2)的阳极，第二二极管(D2)的阴极连于变压器(T)第一副边绕组(Nsi)的非同名端、第二辅助电容(Ca2)的另一端和第二开关管(S2)的源极，第二开关管(S2)的漏极连于第一辅助电容(Cal)的另一端和变压器(T)第三副边绕组(Ns3)的非同名端，变压器(T)第三副边绕组(Ns3)的同名端连于第四二极管(D4)的阳极。本专利技术技术方案与既有技术方案的本质区别在于，将升压电路集成到了隔离变换器的高频整流电路中，并通过开关电容和多绕组变压器提高整流电路的升压能力，这不仅可以有效减小器件应力，而且能够实现所有开关器件的软开关、改善变换效率。本专利技术具有如下有益效果:(I)整流电路本身能够实现升压功能，有效地减小了所用变压器绕组的匝数，从而可以大幅减小变压器漏感、改善效率；(2)通过开关电容结构和多绕组变压器能够大幅提高电压增益，这可以进一步减小所需变压器绕组的匝数；(3)所有开关管、二极管等功率器件都能够实现软开关，变换效率高；(4)所有开关管、二极管的功率器件都能够自然实现电压箝位，器件电压应力低。【专利附图】【附图说本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种开关电容和多绕组变压器构成的高增益高频整流隔离变换器，其特征在于：所述开关电容和多绕组变压器构成的高增益高频整流隔离变换器由高频交流矩形波电压源(uin)、变压器(T)、高频电感(LH)、第一开关管(S1)、第二开关管(S2)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第一辅助电容(Ca1)、第二辅助电容(Ca2)、输出滤波电容(Co)和负载(Ro)构成，其中，变压器(T)包括原边绕组(NP)、第一副边绕组(NS1)、第二副边绕组(NS2)和第三副边绕组(NS3)；所述变压器(T)第一副边绕组(NS1)的同名端连于高频电感(LH)的一端，高频电感(LH)的另一端连于第一二极管(D1)的阳极、第一开关管(S1)的漏极和第一辅助电容(Ca1)的一端，第一二极管(D1)的阴极连于变压器(T)第二副边绕组(NS2)的同名端，变压器(T)第二副边绕组(NS2)的非同名端连于第三二极管(D3)的阳极，第三二极管(D3)的阴极连于第四二极管(D4)的阴极、输出滤波电容(Co)的一端和负载(Ro)的一端，输出滤波电容(Co)的另一端连于负载(Ro)的另一端、第一开关管(S1)的源极和第二开关管(S2)的源极，第二开关管(S2)的漏极连于变压器(T)第一副边绕组(NS1)的非同名端、第二辅助电容(Ca2)的另一端和第二二极管(D2)的阳极，第二二极管(D2)的阴极连于第一辅助电容(Ca1)的另一端和变压器(T)第三副边绕组(NS3)的非同名端，变压器(T)第三副边绕组(NS3)的同名端连于第四二极管(D4)的阳极；所述高频交流矩形波电压源(uin)的一端连于变压器(T)原边绕组(NP)的同名端、高频交流矩形波电压源(uin)的另一端连于变压器(T)原边绕组(NP)的非同名端。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴红飞，孙凯，邢岩，
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
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