一种电源-电容串联型直流变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种电源-电容串联型直流变换器，它由若干电源-电容串联型基本直流变换器单元串联构成，所述电源-电容串联型基本直流变换器单元包括：直流电源U1，电容C1，以及直流电源U2依次串联连接，所述直流电源U1的正极和直流电源U2的负极之间串接有后级电路；所述直流电源U1两端并联有开关管SW1与电感L1串联电路；所述开关管SW1与电感L1的连接点与二极管D1的阴极相连，二极管D1的阳极接至电容C1的负极；所述直流电源U2两端并联有开关管SW2与电感L2串联电路；所述开关管SW2与电感L2的连接点与二极管D1的阳极相连，二极管D2的阴极接至电容C1的正极。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种直流变换器，尤其涉及一种电源-电容串联型直流变换器。技术背景21世纪以来，随着化石能源的不断消耗，人类社会正面临着前所未有的能源危机。可再生能源的利用正逐渐受到各国的重视，而光伏并网逆变技术作为可再生能源利用的重要形式，已经得到了较为深入的研究。光伏逆变器的能量转换效率与MPPT(Maximum Power Point Tracking，最大功率点追踪)效率直接衡量光伏逆变器的效能，高能量转换率代表着更多的可再生能源得到了有效利用，带来了逆变器更低的工作温度，从而大大减小了散热器的体积，大幅减小重量、节约成本。目前广泛应用的非隔离型光伏并网逆变器采用两级式结构，一路或多路独立的光伏阵列分别经一路或多路直流升压电路升压连接至直流母线。在直流升压电路中开关管与续流二极管的电压应力为母线电压值，导致开关损耗偏高；而且在设计直流升压电路时，硬件工程师必须选择耐压高于母线电压值的开关管与二极管，成本偏高。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种电源-电容串联型直流变换器，该电路具有升压功能，相比传统的直流升压电路，该电路在不增加电流应力的前提下，大大减小了开关管与二极管的电压应力，从而大幅减小了功率半导体器件的开关损耗。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种电源-电容串联型直流变换器，由若干的电源-电容串联型基本直流变换器单元串联构成，所述电源-电容串联型基本直流变换器单元包括：直流电源U1，电容C1，以及直流电源U2依次串联连接，其中，由直流电源U1、电容C1和直流电源U2构成的串联网络为后级电路供电；所述直流电源U1两端并联有开关管SW1与电感L1串联电路；所述开关管SW1与电感L1的连接点与二极管D1的阴极相连，二极管D1的阳极接至电容C1的负极；所述直流电源U2两端并联有开关管SW2与电感L2串联电路；所述开关管SW2与电感L2的连接点与二极管D1的阳极相连，二极管D2的阴极接至电容C1的正极。所述后级电路是含有开关元件或线性元件的功率变换电路，或负载。所述电源-电容串联型基本直流变换器单元的输出直流电压Vdc为两个直流电源电压与电容电压之和，其表达式为：Vdc＝VU1+VU2+VC1其中，VU1、VU2分别为两直流电源U1、U2的电压，VC1为电容C1的电压。所述两直流电源U1、U2的电压和电容C1的电压，在一个开关周期其关系式为：VU1L1×k1T=VC1L1×(1-k1)T]]>VU2L2×k2T=VC1L2×(1-k2)T]]>k1、k2分别为开关SW1、SW2的导通占空比，T为开关周期；由上述两式得到：VC1=k11-k1×VU1=k21-k2×VU2.]]>所述电源-电容串联型基本直流变换器单元在一个开关周期内有四种工作状态：其中，第一种工作状态，电源U1为电感L1充电，且电感L2为电容C1充电；第二种工作状态，电源U1为电感L1充电，且电源U2为电感L2充电；第三种工作状态，电感L1为电容C1充电，且电感L2为电容C1充电；第四种工作状态，电感L1为电容C1充电，且电源U2为电感L2充电。本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术有效减小了功率器件的电压应力，解决了目前直流升压电路效率不高的问题；(2)本专利技术可以接入多个独立的直流电源，并且在负载电压稳定下，本电路可分别追踪独立电源的最大功率点。附图说明图1为本专利技术的电源-电容串联型基本直流变换器单元的结构示意图；图2为本专利技术开关SW1导通、开关SW2关断的等效电路图；图3为本专利技术开关SW1导通、开关SW2导通的等效电路图；图4为本专利技术开关SW1关断、开关SW2关断的等效电路图；图5为本专利技术开关SW1关断、开关SW2导通的等效电路图；图6为本专利技术的电源-电容串联型直流变换器结构示意图。具体实施方式下面结合附图与实例，对本专利技术做进一步说明，首先说明本专利技术的电源-电容串联型基本直流变换器单元的结构与工作原理。本专利技术基本直流变换器单元的拓扑如图1所示，它包括：直流电源U1，电容C1，以及直流电源U2依次串联连接，所述直流电源U1的正极和直流电源U2的负极之间串接有后级电路；所述直流电源U1两端并联有开关管SW1与电感L1串联电路；所述开关管SW1与电感L1的连接点与二极管D1的阴极相连，二极管D1的阳极接至电容C1的负极；所述直流电源U2两端并联有开关管SW2与电感L2串联电路；所述开关管SW2与电感L2的连接点与二极管D1的阳极相连，二极管D2的阴极接至电容C1的正极。所述开关管SW1和所述开关管SW2均受控制电路控制其各自导通与关断，其中，控制电路可为PWM脉冲发生电路；本专利技术的基本直流变换器单元在控制电路的一个开关周期内有四个工作状态，分别如图2-图5所示，下面将一一叙述。(1)如图2所示，开关管SW1导通，开关管SW2关断，二极管D1不导通，二极管D2导通：此时，整个电路形成三个回路，一个为：电源U1、开关管SW1和电感L1三者串联，开关管SW1导通，电源U1为电感L1充电；另一个为：电容C1、电感L2和二极管D2三者串联，二极管D2导通，电感L2为电容C1充电，形成一个回路；第三个回路为：直流电源U1，电容C1，以及直流电源U2依次串联连接，再与后级电路串接，形成第三个回路。(2)如图3所示，开关管SW1导通，开关管SW2导通，二极管D1和二极管D2均不导通：此时，电源U1、开关管SW1和电感L1三者串联，开关管SW1导通，电源U1为电感L1充电；同时，电源U2、开关管SW2和电感L2三者串联，开关管SW2导通，电源U2为电感L2充电；直流电源U1，电容C1，以及直流电源U2依次串联连接，再与后级电路串接。(3)如图4所示，开关管SW1关断，开关管SW2关断，二极管D1和二极管D2均导通：此时，电感L1、二极管D1和电容C1依次串联，电感L1为电容C1充电；同时，电感L2、二极管D2和电容C1依次串联，电感L2为电容C1充电；且直流电源U1，电容C1，以及直流电源U2依次串联连接，再与后级电路串接。(4)如图5所示，开关管SW1关断，开关管SW2导通，二极管D1导通，二极管D2不导通：此时，电感L1、二极管D1和电容C1依次串联，电感L1为电容C1充电；同时，电源U2、开关管SW2和电感本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电源‑电容串联型直流变换器，其特征在于，它由若干的电源‑电容串联型基本直流变换器单元串联构成，所述电源‑电容串联型基本直流变换器单元包括：直流电源U1，电容C1，以及直流电源U2依次串联连接，其中，由直流电源U1、电容C1和直流电源U2构成的串联网络为后级电路供电；所述直流电源U1两端并联有开关管SW1与电感L1串联电路；所述开关管SW1与电感L1的连接点与二极管D1的阴极相连，二极管D1的阳极接至电容C1的负极；所述直流电源U2两端并联有开关管SW2与电感L2串联电路；所述开关管SW2与电感L2的连接点与二极管D1的阳极相连，二极管D2的阴极接至电容C1的正极。

【技术特征摘要】
1.一种电源-电容串联型直流变换器，其特征在于，它由若干的电源-电容
串联型基本直流变换器单元串联构成，所述电源-电容串联型基本直流变换器单
元包括：直流电源U1，电容C1，以及直流电源U2依次串联连接，其中，由直
流电源U1、电容C1和直流电源U2构成的串联网络为后级电路供电；
所述直流电源U1两端并联有开关管SW1与电感L1串联电路；所述开关管
SW1与电感L1的连接点与二极管D1的阴极相连，二极管D1的阳极接至电容
C1的负极；
所述直流电源U2两端并联有开关管SW2与电感L2串联电路；所述开关管
SW2与电感L2的连接点与二极管D1的阳极相连，二极管D2的阴极接至电容
C1的正极。
2.如权利要求1所述的一种电源-电容串联型直流变换器，其特征在于，所
述后级电路是含有开关元件或线性元件的功率变换电路，或负载。
3.如权利要求1所述的一种电源-电容串联型直流变换器，其特征在于，所
述电源-电容串联型基本直流变换器单元的输出直流电压Vdc为两个直流电源电
压与电容电压之和，其表达式为：
Vdc＝VU1+VU2+VC1其中，VU1、VU2分别为两直流电源U1、U2的电压，VC1为电容C1的电压。
4.如权利要求3所述的一种电源-电容串联型直流变换器，其特征在于，所
述两直流电源U1、U2的电压和电容C1的电压，在一个开关周期其关系式为：
VU1L1×k1T=VC1L1×(1-k1)T]]>VU2L2×k2T=VC1L2×(1-k2)T]]>k1、k2分别为开关SW1、SW2的导通占空比，T为开关周期；
由上述两式得到：
VC1=k11-k1×VU1=k21-k2×VU2.]]>5.如权利要求1所述的一种电源-电容串联型直流变换器，其特征在于，所

\t述电源-电容串联型基本直流变换器单元在一个开关周期内有四种工作状态：
第一个工作状态，开关管SW1导通，开关管SW2关断，二极管D1不导通，
二极管D2导通；
第二个工作状态，开关管SW1导通，开关管SW2导通，二极管D1和二极<...

【专利技术属性】
技术研发人员：高峰，陈梦星，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37