高增益低开关电压应力交错并联BOOST变换器和工作方法技术

本发明专利技术公开了一种高增益低开关电压应力交错并联BOOST变换器和工作方法，第一电感一端连接第一MOS管漏极，所述第一电感另一端连接第二电感一端，所述第一MOS管源极连接第二MOS管源极，所述第二MOS管源极连接第三MOS管源极，所述第二MOS管漏极连接第二电感另一端，所述第二电感一端还连接变压器漏感一端，所述变压器漏感另一端连接变压器一次侧输入端，所述第三MOS管漏极连接变压器一次侧输出端和第四二极管正极，这使得更低电压等级的二极管和具有更低导通电阻的MOS管能够被选择来进一步减小开关损耗和导通损耗。

【技术实现步骤摘要】
高增益低开关电压应力交错并联BOOST变换器和工作方法
本专利技术涉及电子电路自动化控制领域，尤其涉及一种高增益低开关电压应力交错并联BOOST变换器和工作方法。
技术介绍
随着全球能源紧缺和严重的环境问题，新能源资源如光伏，燃料电池，风能，地热能等在全球受到广泛的关注。然而，大多数新能源资源如光伏、燃点电池的输出电压较低，在实际应用中需要一种高增益的变换器。理论上，boost，buck-boost和flyback变换器在极端占空比时能够提供较高的电压增益。事实上，这些变换器的电压增益却受限于开关管，二极管，电感和电容的等效串联电阻，漏感的影响。而且，在极端占空比时不仅会引入非常大的电流纹波和增加导通损耗，还会引入非常严重的二极管反向恢复问题。因此，为提高变换器转换效率和避免工作的极端占空比情况，许多二次变换器和串级结构的两级变换器被提出。然后，由于两级结构的变换器拓扑复杂，效率降低了。而且，变换器的稳定性是一个问题和比较严重输出二极管的反向恢复问题。结果，最终的效率比较低，相应的电磁干扰(EMI)噪声比较严重。隔离型变换器在有变压器的情况下能够很容易的获得较高的电压增益。然而，变压器的漏感不仅会导致电压和电流尖峰，引入较高的开关管电压应力，而且还会增加损耗和噪声，结果导致效率较低。RCD箝位电路和有源箝位电路能够减小电压应力和开关损耗，但却是以变换器拓扑结构复杂和相关箝位电路损耗为代价的。为了获得较高的转换效率，大量的基于耦合电感的非隔离变换器由于其电路结构简单和导通损耗小而被广泛研究。然而，他们却需要缓冲器来限制由耦合电感的漏感引起的开关管电压尖峰。因此，电压箝位电路，有源箝位电路，无源再生缓冲电路已被提出来解决这种问题。然而，所有这些方法都是通过增加开关管和电容，这导致了变换器结构变复杂。基于boost集成隔离变换器的非隔离高增益变换器，如集成boost-flyback变换器和集成boost-SEPIC变换器在文献中已被提出。耦合电感作为变压器，通过调节绕组匝比来提高电压增益。此外，漏感能量直接回收利用于输出端，这样，开关管的电压尖峰能够被限制。而且，输出二极管的关断电流能被耦合电感的漏感限制，二极管的反向恢复问题减轻了，相关的损耗也减小了。然而，输出二极管的电压应力却随着耦合电感的匝比的增加而增加了。因此，二极管的反向恢复问题仍然存在。尽管避免了极端占空比，输入电流纹波由于电路的单开关控制却变得很大，这使得这些变换器都不适于大功率、大电流的应用场合。传统的交错并联boost变换器由于其结果简单和较小的输入输出纹波，在大功率和功率因数校正的应用中是比较好的选择。然而，电压增益比较低，开关管和二极管的电压应力接近于输出电压为了解决这些问题，将开关电容、变压器或耦合电感集成于传统的交错并联boost变换器。因此，获得了适用于大功率的高增益、高效率、低电压应力的变换器。交错并联结构boost变换器因其结构简单和输入输出纹波小的特点而成为新能源系统的较好选择。然而，传统交错并联boost变换器的电压增益较低。因此，正激变换器和型变换器集成于传统的交错并联boost变换器已被提出。不仅能够获得较高的电压增益而且还能减小开关管和二极管的电压应力。然而，集成正激变换器和型变换器电路相当复杂和昂贵。普遍来说，与正激型和型变换器相比，flyback变换器能够获得更高的电压增益，而且电路结构更加简单。因此，flyback变换器集成于传统的交错并联变换器也是另外一个较好的选择。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种高增益低开关电压应力交错并联BOOST变换器和工作方法。为了实现本专利技术的上述目的，本专利技术提供了一种高增益低开关电压应力交错并联BOOST变换器，其关键在于，包括：第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第一电感、第二电感、变压器漏感、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、负载、输出电容，第一电容、第二电容、变压器，第一电感一端连接第一MOS管漏极，所述第一电感另一端连接第二电感一端，所述第一MOS管源极连接第二MOS管源极，所述第二MOS管源极连接第三MOS管源极，所述第二MOS管漏极连接第二电感另一端，所述第二电感一端还连接变压器漏感一端，所述变压器漏感另一端连接变压器一次侧输入端，所述第三MOS管漏极连接变压器一次侧输出端和第四二极管正极，所述第四二极管负极连接第二MOS管漏极和第二电容一端，所述第一电感另一端还连接变压器二次侧输入端和第一电容一端，所述第一电容另一端连接第一二极管正极和第三二极管负极，所述第三二极管正极连接变压器二次侧输出端，所述第一二极管负极连接第二电容另一端和第二二极管正极，所述第二二极管负极分别连接输出电容一端和负载一端，所述输出电容另一端连接第三MOS管源极，所述负载另一端连接第三MOS管源极。本专利技术还公开一种高增益低开关电压应力交错并联BOOST变换器的工作方法，其关键在于，设置三个MOS管工作时序，MOS管导通、关断的一个时间周期分为t0、t1、t2、t3、t4、t5六个时间点，所述工作方法包括：步骤1，在t0至t1阶段，第一MOS管，第二MOS管，第三MOS管导通，第一二极管，第二二极管，第三二极管，第四二极管全部关断，第一电感，第二电感和变压器漏感中的电流iL1，iL2和iLlk线性增加，负载能量由输出电容提供，第四二极管两端的电压接近于零；步骤2，在t1至t2阶段，第二MOS管、第三MOS管导通，第一MOS管关断，第二二极管、第三二极管、第四二极管关断，第一二极管导通，存储在第一电感和第一电容中的能量通过第一二极管传递到第二电容，输出电容给负载提供能量；步骤3，在t2至t3阶段，第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管导通，第一二极管，第二二极管，第三二极管，第四二极管全部关断，第一电感，第二电感和变压器漏感中的电流iL1，iL2和iLlk线性增加，负载能量由输出电容提供，第四二极管两端的电压接近于零；步骤4，在t3至t4阶段，第一MOS管导通，第二MOS管、第三MOS管关断，第一二极管关断，第二二极管、第三二极管、第四二极管导通，第一电感中的电流线性增加，存储在第二电感和第二电容中的能量通过第二二极管释放到输出电容和负载，同时，存储在变压器漏感中的能量通过第四二极管，第二电容，第二二极管释放到输出电容和负载，在t4时刻，第四二极管和变压器漏感的电流减小到零，存储在变压器中的能量通过第三二极管向第一电容释放以弥补前一阶段第一电容释放的能量；步骤5，在t4至t5阶段，第一MOS管导通，第二MOS管、第三MOS管关断，第二二极管、第三二极管导通，第一二极管、第四二极管关断，第一电感中的电流线性增加，存储在变压器中的能量释放给第一电容，输出能量由第二电感和第二电容提供。所述的高增益低开关电压应力交错并联BOOST变换器的工作方法，优选的，所述步骤4包括：设置变压器的励磁电感Lm，且假设K＝Lm/(Lm+Llk)，变压器漏感Llk中的能量通过第四二极管释放到输出端，能量释放的占空比DD4为：所述的高增益低开关电压应力交错并联BOOST变换器的工作方法，优选的，还包括设置电压增益的步骤：输出Vo到输入VIN的电压增益M本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高增益低开关电压应力交错并联BOOST变换器，其特征在于，包括：第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第一电感、第二电感、变压器漏感、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、负载、输出电容，第一电容、第二电容、变压器，第一电感一端连接第一MOS管漏极，所述第一电感另一端连接第二电感一端，所述第一MOS管源极连接第二MOS管源极，所述第二MOS管源极连接第三MOS管源极，所述第二MOS管漏极连接第二电感另一端，所述第二电感一端还连接变压器漏感一端，所述变压器漏感另一端连接变压器一次侧输入端，所述第三MOS管漏极连接变压器一次侧输出端和第四二极管正极，所述第四二极管负极连接第二MOS管漏极和第二电容一端，所述第一电感另一端还连接变压器二次侧输入端和第一电容一端，所述第一电容另一端连接第一二极管正极和第三二极管负极，所述第三二极管正极连接变压器二次侧输出端，所述第一二极管负极连接第二电容另一端和第二二极管正极，所述第二二极管负极分别连接输出电容一端和负载一端，所述输出电容另一端连接第三MOS管源极，所述负载另一端连接第三MOS管源极。

【技术特征摘要】
1.一种高增益低开关电压应力交错并联BOOST变换器，其特征在于，包括：第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第一电感、第二电感、变压器漏感、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、负载、输出电容，第一电容、第二电容、变压器，第一电感一端连接第一MOS管漏极，所述第一电感另一端连接第二电感一端，所述第一MOS管源极连接第二MOS管源极，所述第二MOS管源极连接第三MOS管源极，所述第二MOS管漏极连接第二电感另一端，所述第二电感一端还连接变压器漏感一端，所述变压器漏感另一端连接变压器一次侧输入端，所述第三MOS管漏极连接变压器一次侧输出端和第四二极管正极，所述第四二极管负极连接第二MOS管漏极和第二电容一端，所述第一电感一端还连接变压器二次侧输入端和第一电容一端，所述第一电容另一端连接第一二极管正极和第三二极管负极，所述第三二极管正极连接变压器二次侧输出端，所述第一二极管负极连接第二电容另一端和第二二极管正极，所述第二二极管负极分别连接输出电容一端和负载一端，所述输出电容另一端连接第三MOS管源极，所述负载另一端连接第三MOS管源极；所述高增益低开关电压应力交错并联BOOST变换器的工作方法为，设置三个MOS管工作时序，MOS管导通、关断的一个时间周期分为t0、t1、t2、t3、t4、t5六个时间点，步骤如下：步骤1，在t0至t1阶段，第一MOS管，第二MOS管，第三MOS管导通，第一二极管，第二二极管，第三二极管，第四二极管全部关断，第一电感，第二电感和变压器漏感中的电流iL1，iL2和iLlk线性增加，负载能量由输出电容提供，第四二极管两端的电压接近于零；步骤2，在t1至t2阶段，第二MOS管、第三MOS管导通，第一MOS管关断，第二二极管、第三二极管、第四二极管关断，第一二极管导通，存储在第一电感和第一电容中的能量通过第一二极管传递到第二电容，输出电容给负载提供能量；步骤3，在t2至t3阶段，第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管导通，第一二极管，第二二极管，第三二极管，第四二极管全部关断，第一电感，第二电感和变压器漏感中的电流iL1，iL2和iLlk线性增加，负载能量由输出电容提供，第四二极管两端的电压接近于零；步骤4，在t3至t4阶段，第一MOS管导通，第二MOS管、第三MOS管关断，第一二极管关断，第二二极管、第三二极管、第四二极管导通，第一电感中的电流线性增加，存储在第二电感和第二电容中的能量通过第二二极管释放到输出电容和负载，同时，存储在变压器漏感中的能量通过第四二极管，第二电容，第二二极管释放到输出电容和负载，在t4时刻，第四二极管和变压器漏感的电流减小到零，存储在变压器中的能量通过第三二极管向第一电容释放以弥补前一阶段第一电容释放的能量；步骤5，在t4至t5阶段，第一MOS管导通，第二MOS管、第三MOS管关断，第二二极管、第三二极管导通，第一二极...

【专利技术属性】
技术研发人员：凌睿，赵国言，王昱，余大侠，严小东，黄雪莉，王理智，张婕，罗杨，王传鑫，舒志辉，但强，刘楠，朱哲人，
申请(专利权)人：重庆大学，重庆出入境检验检疫局检验检疫技术中心，
类型：发明
国别省市：重庆;85