一种输入并联输出串联的Sepic‑Cuk型组合式直流变换器制造技术

本发明专利技术涉及一种输入并联输出串联的Sepic‑Cuk型组合式直流变换器，包括锂电池、基本的Sepic变换器、基本的Cuk变换器及负载，本质上是由基本的Sepic变换器单元和基本的Cuk变换器单元输入并联输出串联组成，所述的锂电池是共用的。本发明专利技术组合式功率变换器通过输入并联输出串联获得了比传统基本变变换器高出一倍的电压变比；同时使开关管和输出滤波电容的最大电压应力减小到高压端的一半；两个输出端口完全解耦，输出端共有三个电压等级，便于接入不同电压等级的负载；通过采用交错控制技术，有效减小了输入电流脉动，进而减小输入滤波电容的大小；由于采用的是基本的Sepic和基本的Cuk变换器，主电路结构和控制设计都相对较为简单。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力电子应用技术、功率变换器的控制技术和分布式新能源发电应用
，特别是一种输入并联输出串联的Sepic-Cuk型组合式直流变换器，涉及光伏电池、燃料电池发电能系统和储能系统用直流电能变换装置，属于DC/DC变换器领域。
技术介绍
面临能源危机加剧和全球气候变暖等严峻现状，各国政府、各研究院所和诸多高校等研究机构愈加重视分布式能源发电在确保能源安全工作中的重要作用，从政策刺激、资金投入和示范工程到具体目标制定和项目实施全方位大力推进了分布式新能源发电的发展进程。在新能源发电过程中，诸如光伏电池、燃料电池、蓄电池和超级电容等分布式能量单元得到了广泛应用，然而这些电池单元的电压等级通常较低，为了保证系统的安全性，提高电池的可靠性，避免过多的电池单元串联，将电池接入直流母线或通过逆变器并网时需要高增益的直流功率变换器来作为接口电路，以实现能量从低压直流向高压直流的变换。基本的Boost、Buck/Boost、Cuk和Sepic等非隔离直流变换器虽然结构和控制相对简单，但由于电路寄生参数、二极管反向恢复和电磁干扰等问题，不能获得较高的电压增益。交错并联Boost直流变换器虽然减小了电流纹波，提高了变换器的可靠性，但电压增益并没有提升。相关学者研究提出了如输入级共用、输出级串联的Boost-Flyback直流变换器和采用耦合电感的输入级共用、输出级串联的Boost-Sepic这些组合式直流变换器，该型变换器通过输出串联的组合形式获得了较大的电压增益，但这些变换器和基本变换器相比结构变化较大，控制更加复杂，其参数设计必须基于新型拓扑的小信号模型。因此，研究基于基本变换器得到的、控制简单的新型组合式拓扑是非常有意义的。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术目的在于设计一种基于基本变换器的组合式高增益直流变换器——输入并联输出串联的Sepic-Cuk型组合式直流变换器，其具有高电压变比、低开关管电压应力的特点。为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种输入并联输出串联的Sepic-Cuk型组合式直流变换器，包括锂电池、基本的Sepic变换器、基本的Cuk变换器及负载，所述基本的Sepic变换器单元与基本的Cuk变换器单元输入并联，输出串联，两个输出端口完全解耦，输出端共有三个电压等级，便于不同电压等级负载的接入，所述的锂电池是共用的，所述的负载接在基本的Sepic变换器和基本的Cuk变换器的输出端。所述基本的Sepic变换器由第一电感、第二电感、第一输入滤波电容、第一能量传输电容、第一输出滤波电容、第一开关管、第二开关管组成；所述第一电感一端与锂电池正极相连，一端与第一开关管的漏极对接，第一开关管的源极与锂电池负极相连；第一输入滤波电容的阳极和阴极分别挂接在锂电池的正极和负极上；第一能量传输电容的阳极与第一开关管的漏极对接，阴极与第二开关管的源极相连，第二开关管的漏极与第一输出滤波电容的阳极相接；第二电感一端与第一能量传输电容的阴极连接，一端与第一输出滤波电容的阴极相接，第一输出滤波电容的阴极与锂电池的负极相接。所述基本的Cuk变换器由第三电感、第四电感、第二输入滤波电容、第二能量传输电容、第二输出滤波电容、第三开关管、第四开关管组成；所述第三电感一端与锂电池正极相连，一端与第三开关管的漏极对接，第三开关管的源极与锂电池的负极相连；第二输入滤波电容的阳极和阴极分别挂接在锂电池的正极和负极上；第二能量传输电容的阳极与第三开关管的漏极对接，阴极与第四开关管的源极相连，第四开关管的漏极挂接在锂电池的负极；第四电感一端与第二能量传输电容的阴极连接，一端与第二输出滤波电容的阴极相连，第二输出滤波电容的阳极挂接在锂电池的正极端。第一输入滤波电容和第二输入滤波电容是并联的；第一输出滤波电容的阴极和第二输出滤波电容的阳极相接。第一负载与第一输出滤波电容并联，第二负载与第二输出滤波电容并联，第三负载一端挂接在第一输出滤波电容的阳极，一端挂接在第二输出滤波电容的阴极。第一开关管和第二开关管工作于互补PWM驱动模式，第三开关管和第四开关管也工作于互补PWM驱动模式，从而实现第二开关管和第四开关管的同步整流控制，以减小电路损耗。第一开关管和第三开关管采用相差180º的交错控制，第二开关管和第四开关管也采用相差180º的交错控制，从而抑制了输入电流纹波，减小输入滤波电容的容量。与现有技术相比，本专利技术具有如下突出的实质性特点和优势：本专利技术输入并联输出串联的Sepic-Cuk型组合式直流变换器，通过输入并联获得了与传统交错并联Buck-Boost变换器同样较小的输入电流纹波；通过输出串联获得了比传统基本变变换器高出一倍的电压变比；同时使开关管和输出滤波电容的最大电压应力减小到高压端的一半；由于采用的是基本的Sepic和基本的Cuk变换器，主电路结构和控制设计都相对较为简单；本专利技术的功率变换器是输入并联输出串联结构的，输出两个端口完全解耦，输出端共有三个电压等级，便于接入不同电压等级的负载。附图说明图1为本专利技术的输入并联输出串联的Sepic-Cuk型组合式直流变换器主电路图。图2为本专利技术的输入并联输出串联的Sepic-Cuk型组合式直流变换器的控制原理图。图3为本专利技术的输入并联输出串联的Sepic-Cuk型组合式直流变换器负载Ro1=∞，Ro1=∞，Ro=40Ω时的仿真波形图。图4为本专利技术的输入并联输出串联的Sepic-Cuk型组合式直流变换器负载Ro1=20Ω，Ro1=50Ω，Ro=80Ω时的仿真波形图。具体实施方式下面结合附图和优选实施例，对本专利技术做详细说明。实施例一：如图1所示，一种输入并联输出串联的Sepic-Cuk型组合式直流变换器，包括额定电压为50V的锂电池1、基本的Sepic变换器2、基本的Cuk变换器3及负载4，本质上是由基本的Sepic变换器2和基本的Cuk变换器3输入并联和输出串联组成，所述的锂电池1是共用的，负载4包括第三负载Ro、第一负载Ro1、第二负载Ro2。所述基本的Sepic变换器2由第一电感L1、第二电感L2、第一输入滤波电容C11、第一能量传输电容C1、第一输出滤波电容C21、第一开关管S1、第二开关管S2组成；所述第一电感L1一端与锂电池1正极相连，一端与第一开关管S1的漏极对接，第一开关管S1的源极与锂电池1负极相连；第一输入滤波电容C11的阳极和阴极分别挂接在锂电池1的正极和负极上；第一能量传输电容C1的阳极与第一开关管S1的漏极对接，阴极与第二开关管S2的源极相连，第二开关管S2的漏极与第一输出滤波电容C21的阳极相接；第二电感L2一端与第一能量传输电容C1的阴极连接，一端与第一输出滤波电容C21的阴极相接，第一输出滤波电容C21的阴极与锂电池1的负极相接。所述基本的Cuk变换器3由第三电感L3、第四电感L4、第二输入滤波电容C12、第二能量传输电容C2、第二输出滤波电容C22、第三开关管S3、第四开关管S4组成；所述第三电感L3一端与锂电池1正极相连，一端与第三开关管S3的漏极对接，第三开关管S3的源极与锂电池1的负极相连；第二输入滤波电容C12的阳极和阴极分别挂接在锂电池1的正极和负极上；第二能量传输电容C2的阳极与第三开关管S3的漏极对接，阴极与第四开关管S4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种输入并联输出串联的Sepic‑Cuk型组合式直流变换器，包括锂电池（1）、基本的Sepic变换器（2）、基本的Cuk变换器（3）及负载（4），其特征在于：所述基本的Sepic变换器单元（2）与基本的Cuk变换器单元（3）输入并联，输出串联，两个输出端口完全解耦，输出端共有三个电压等级，便于不同电压等级负载的接入，所述的锂电池（1）是共用的，所述的负载（4）接在基本的Sepic变换器（2）和基本的Cuk变换器（3）的输出端。

【技术特征摘要】
1.一种输入并联输出串联的Sepic-Cuk型组合式直流变换器，包括锂电池（1）、基本的Sepic变换器（2）、基本的Cuk变换器（3）及负载（4），其特征在于：所述基本的Sepic变换器单元（2）与基本的Cuk变换器单元（3）输入并联，输出串联，两个输出端口完全解耦，输出端共有三个电压等级，便于不同电压等级负载的接入，所述的锂电池（1）是共用的，所述的负载（4）接在基本的Sepic变换器（2）和基本的Cuk变换器（3）的输出端。2.根据权利要求1所述的输入并联输出串联的Sepic-Cuk型组合式直流变换器，其特征在于：所述基本的Sepic变换器（2）由第一电感（L1）、第二电感（L2）、第一输入滤波电容（C11）、第一能量传输电容（C1）、第一输出滤波电容（C21）、第一开关管（S1）、第二开关管（S2）组成；所述第一电感（L1）一端与锂电池（1）正极相连，一端与第一开关管（S1）的漏极对接，第一开关管（S1）的源极与锂电池（1）负极相连；第一输入滤波电容（C11）的阳极和阴极分别挂接在锂电池（1）的正极和负极上；第一能量传输电容（C1）的阳极与第一开关管（S1）的漏极对接，阴极与第二开关管（S2）的源极相连，第二开关管（S2）的漏极与第一输出滤波电容（C21）的阳极相接；第二电感（L2）一端与第一能量传输电容（C1）的阴极连接，一端与第一输出滤波电容（C21）的阴极相接，第一输出滤波电容（C21）的阴极与锂电池（1）的负极相接。3.根据权利要求1所述的输入并联输出串联的Sepic-Cuk型组合式直流变换器，其特征在于：所述基本的Cuk变换器（3）由第三电感（L3）、第四电感（L4）、第二输入滤波电容（C12）、第二能量传输电容（C2）、第二输出滤波电容（C22）、第三开关管（S3）、第四开关管（S4）组成；所述第三电感（L3）一端与锂电池（1）正极相连，一端与第三...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨柳柳，任林涛，雷志方，汪飞，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31