一种混合开关电容与耦合电感的高电压增益DC-DC变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种混合开关电容与耦合电感的高电压增益DC‑DC变换器，属于电力电子变换器的技术领域。它包括输入单元和输出单元，还包括钳位电路和倍压单元，其中，所述的输入单元与钳位电路连接，钳位电路的两端分别串联第一续流二极管D2和储能电容C2后，与倍压单元连接，倍压单元和储能电容C2一起向输出单元放电，当开关管断开时，能够完全与输入电源断开，防止对操作人员产生电力危害，保护操作人员的安全，因此该变换器的安全性能很高，且开关管近似零电流导通，减小了开关损耗，该变换器具有较高的电压增益，开关管电压应力低，安全性能高，转换效率高等特点，因此具有很高的应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力电子变换器的
，尤其涉及一种混合开关电容与耦合电感的高电压增益DC-DC变换器。
技术介绍
升压变换器被广泛应用于工业领域，比如新能源发电、燃料电池等场合，传统的Boost变换器因结构简单得到广泛应用，但电路损耗大，效率低，升压受限，当需要较高的输出电压时，传统的Boost电路很难实现；现有技术中提出的高增益直流升压变换器的拓扑结构有：级联型Boost变换器，虽提高电压增益，但电路结构复杂，控制难度大且转换效率低；带开关电容的升压变换器，虽然减小了开关管的电压应力，但是若想得到较高的电压增益，需要多个开关电容进行级联，但多个开关电容级联后会导致开关器件的电流应力过大并使开关管导通损耗增大，且在对电容充放电时会产生电流尖峰；在传统的Boost电路中将电感替换成耦合电感的高增益变换器，通过合理设计耦合电感匝比来实现高电压输出，但是耦合电感中存在的漏感，会造成开关管两端产生很大的电压尖峰，且开关管两端电压应力很大，影响直流变换器的转换效率。中国专利技术专利，公开号：CN 103427660 A，公开日：2013.12.04，公开了一种两绕组耦合电感倍压式单开关高增益变换器，包括Boost电路，耦合电感倍压单元电路以及输出电路，利用第一电容限制开关管承受的电压应力，第二电容回收漏感中的能量，提高变换器的效率，提高了电压增益，该专利公开的变换器，当开关管导通时，耦合电感将能量从输入电源传递到副边绕组和第二电容中，不足之处在于：1)开关管关断时，输入电源和励磁电感向第一电容充电，副边绕组和第二电容向负载供电，在开关管关断时，该变换器不能够和输入电源完全隔离，变换器存在安全隐患，对操作人员的安全构成威胁，不利于推广应用；2)在选择常用的耦合电感匝数比(即耦合电感匝数比n＝1-3)的条件下，调节占空比，该变换器的电压增益不是很大，如果通过进一步增大耦合电感匝比和占空比，来提高该变换器的电压增益，会对变换器整体性能产生影响。1.专利技术要解决的技术问题针对现有技术的升压电路变比不高，开关管电压应力较高的问题，本专利技术提供了一种混合开关电容与耦合电感的高电压增益DC-DC变换器。它的安全性能高，升压变比高，且开关管的电压应力小，转换效率高。2.技术方案为解决上述问题，本专利技术提供的技术方案为：一种混合开关电容与耦合电感的高电压增益DC-DC变换器，包括输入单元和输出单元，其特征在于，还包括钳位电路和倍压单元，其中，所述的输入单元与钳位电路连接，钳位电路的一端与第一续流二极管D2的阳极连接，钳位电路的另一端与储能电容C2的负极连接后，第一续流二极管D2的阴极与倍压单元的一端连接，倍压单元的另一端与储能电容C2的正极连接，倍压单元和储能电容C2一起向输出单元放电。优选地，所述的输入单元包括输入电源Vin和功率开关管S，输入电源Vin的正极和功率开关管S的漏极相连，功率开关管S的源极和耦合电感原边绕组NP的第一端子1以及钳位电容C1的负极相连，耦合电感原边绕组NP的第二端子2和输入电源Vin的负极相连。优选地，所述的钳位电路包括耦合电感原边绕组NP、钳位电容C1和钳位二极管D1，其中，钳位电容C1的正极和钳位二极管D1的阴极以及第一续流二极管D2的阳极相连接，钳位二极管D1的阳极、耦合电感原边绕组NP的第二端子2和储能电容C2的负极均与输入电源Vin的负极相连。优选地，所述的倍压单元包括耦合电感副边绕组NS和倍压电容C3，其中，第一续流二极管D2的阴极、耦合电感副边绕组NS的第一端子1和倍压电容C3的负极连接在同一结点，耦合电感副边绕组NS的第二端子2和耦合电感原边绕组NP的第一端子1互为同名端，储能电容C2的正极以及第二续流二极管D3的阳极均与耦合电感副边绕组NS的第二端子2相连，倍压电容C3的正极、第二续流二极管D3的阴极和输出二极管D4的阳极连接在同一结点。优选地，所述的输出单元包括输出二极管D4、输出电容CO和负载电阻R，其中，输出二极管D4的阴极和输出电容CO的正极相连，负载电阻R的两端连接在输出电容CO的正极和负极上，输出电容CO的负极、储能电容C2的负极、钳位二极管D1的阳极和耦合电感原边绕组NP的第二端子2均与输入电源Vin的负极相连。3.有益效果采用本专利技术提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：(1)本专利技术通过储能电容以及倍压单元，增加了变换器的升压变比；使之在较小的占空比及耦合电感匝比的情况下，能得到很高的输出电压，适用范围广泛；(2)本专利技术通过钳位电路回收并利用耦合电感的漏感能量，抑制了开关管的电压尖峰，使开关管电压应力减小，有利于选取低电压等级，低导通电阻的开关器件，一方面提高了变换器的安全性能，另一方面节约了变换器的电路制作成本；(3)本专利技术的变换器，当开关管关断时，能够完全与输入电源断开，起到了隔离作用，防止输入电源侧的电流进行回流，保护操作人员的安全，因此该变换器的安全性能很高，(4)本专利技术的开关管以近似零电流开通，减小了开关管功率损耗，提高了变换器的转换效率；(5)本专利技术的变换器只含有一个功率开关管，电路制作成本低，开关管的驱动电路结构简单，易于实现，能够提高变换器整体的可靠性；(6)本专利技术的直流变换器的电压增益高，能够在新能源发电、燃料电池等场合得到广泛应用，对直流变换器选择常用的耦合电感的匝数比后，单个光伏电池输出的电压经过储能电容以及倍压单元进行升压，得到的输出电压能够达到所需要的母线电压水平；(7)本专利技术电压增益高，耦合电感的匝数比不需要太大，即可实现低直流电压输入，高直流电压输出的效果，从而避免了因耦合电感的匝数比过高所带来的漏感、寄生电容等参数增加，引起电压和电流尖峰的问题，因此提高了直流变换器的整体性能。附图说明图1为本专利技术的电路结构图；图2为本专利技术的电路等效图；图3为本专利技术直流变换器工作于CCM模式下的关键波形图；图4为本专利技术直流变换器开关模态1[t0，t1]等效电路图；图5为本专利技术直流变换器开关模态2[t1，t2]等效电路图；图6为本专利技术直流变换器开关模态3[t2，t3]等效电路图；图7为本专利技术直流变换器开关模态4[t3，t4]等效电路图；图8为本专利技术直流变换器开关模态5[t4，t5]等效电路图；图9为三种变换器在匝比n＝3时稳态电压增益和占空比之间的关系曲线图。具体实施方式为进一步了解本专利技术的内容，结合附图及实施例对本专利技术作详细描述。结合图1，一种混合开关电容与耦合电感的高电压增益DC-DC变换器，包括输入单元和输出单元，其特征在于，还包括钳位电路和倍压单元，其中，所述的输入单元与钳位电路连接，钳位电路的一端与第一续流二极管D2的阳极连接，钳位电路的另一端与储能电容C2的负极连接后，第一续流二极管D2的阴极与倍压单元的一端连接，倍压单元的另一端与储能电容C2的正极连接，倍压单元和储能电容C2一起向输出单元放电。输入单元包括输入电源Vin和功率开关管S，输入电源Vin的正极和功率开关管S的漏极相连，功率开关管S的源极和耦合电感原边绕组NP的第一端子1以及钳位电容C1的负极相连，耦合电感原边绕组NP的第二端子2和输入电源Vin的负极相连。钳位电路包括耦合电感原边绕组NP、钳位电容C1和钳位二极管D1，其中，钳位电容C1的正极和钳位二极管D1的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合开关电容与耦合电感的高电压增益DC‑DC变换器，包括输入单元和输出单元，其特征在于，还包括钳位电路和倍压单元，其中，所述的输入单元与钳位电路连接，钳位电路的一端与第一续流二极管D2的阳极连接，钳位电路的另一端与储能电容C2的负极连接后，第一续流二极管D2的阴极与倍压单元的一端连接，倍压单元的另一端与储能电容C2的正极连接，倍压单元和储能电容C2一起向输出单元放电。

【技术特征摘要】
1.一种混合开关电容与耦合电感的高电压增益DC-DC变换器，包括输入单元和输出单元，其特征在于，还包括钳位电路和倍压单元，其中，所述的输入单元与钳位电路连接，钳位电路的一端与第一续流二极管D2的阳极连接，钳位电路的另一端与储能电容C2的负极连接后，第一续流二极管D2的阴极与倍压单元的一端连接，倍压单元的另一端与储能电容C2的正极连接，倍压单元和储能电容C2一起向输出单元放电。2.根据权利要求1所述的一种混合开关电容与耦合电感的高电压增益DC-DC变换器，其特征在于，所述的输入单元包括输入电源Vin和功率开关管S，输入电源Vin的正极和功率开关管S的漏极相连，功率开关管S的源极和耦合电感原边绕组NP的第一端子1以及钳位电容C1的负极相连，耦合电感原边绕组NP的第二端子2和输入电源Vin的负极相连。3.根据权利要求1或2所述的一种混合开关电容与耦合电感的高电压增益DC-DC变换器，其特征在于，所述的钳位电路包括耦合电感原边绕组NP、钳位电容C1和钳位二极管D1，其中，钳位电容C1的正极和钳位二极管D1的阴极以及第一续流二极管D2的阳极相连接，钳位二极管D1...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡雪峰，黄媛媛，王倩倩，李永超，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34