一种高增益隔离型有源箝位软开关DC‑DC变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种高增益隔离型有源箝位软开关DC‑DC变换器，属于变换器技术领域；所述变换器包括电流倍增回路、变压器和开关电容回路；所述电流倍增回路包括电压源V

【技术实现步骤摘要】
一种高增益隔离型有源箝位软开关DC-DC变换器
本专利技术涉及一种电气
的变换器，特别涉及一种高增益隔离型有源箝位软开关DC-DC变换器，可应用于光伏发电系统、燃料电池发电系统等低电压、大电流系统中直流到直流的变换场合。
技术介绍
在光伏发电系统、燃料电池发电系统等低电压、大电流供电系统中，DC-DC变换器是传递电压电流、实现能量转换和功率控制的关键组件。考虑到光伏发电系统的低电压、大电流的特性及其并网功能的实现问题，对变换器设计有如下要求：高增益、输入电流纹波小、输出电压纹波小、低成本、高效率。常规的升压DC-DC变换电路有双正激电路、推挽电路、半桥电路、全桥电路等，目前在光伏发电系统中主要应用的拓扑是移相控制全桥电路。基本的全桥电路有两对开关桥臂，每个桥臂的两个功率开关成180°互补导通，两个桥臂的导通相角相差一个相位(即移相角)，该电路的不足在于滞后桥臂软开关实现困难，电路增益小，输入电流波动大，一般DC-DC变换器都会在全桥变换器的基础上加以补充和改进。中国专利技术专利ZL201310302150.3中涉及一种高增益隔离型DC-DC变换器，该变换器的优点是电压增益大、输入电流输出电压纹波小，不足在于没有实现主功率开关管软开关，电路损耗大，效率低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种高增益隔离型有源箝位软开关DC-DC变换器，通过引入并联电感，实现功率器件软开关，减低开关损耗，增大电路增益，从而获得更高的变流效率，并针对并网功能的实现问题，能够满足变换器输入电流纹波小、输出电压纹波小的要求。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提出一种用于低电压、大电流的高增益软开关拓扑结构，借助半导体功率开关及其控制逻辑，适当连接储能元件，实现直流到直流高效率高增益的电能转换。本专利技术所述的高增益隔离型有源箝位软开关DC-DC变换器是采用电路实现的，该电路包括电流倍增回路、变压器和开关电容回路；所述电流倍增回路包括电压源Vin，两输入电感L1、L2，箝位电容Cc，两主功率开关管S2、S4，两辅助功率开关管S1、S3，及并联电感L；所述开关电容回路包括四整流二极管D1、D2、D3、D4，谐振电感Llk，两谐振电容C11、C12，两输出电容C21、C22，及负载电阻R；所述电压源Vin的正极与第一输入电感L1的一端和第二输入电感L2的一端分别相连；所述第一输入电感L1的另一端与第四主功率开关管S4的漏极、第三辅助功率开关管S3的源极和变压器原边N1的同名端分别相连；所述第二输入电感L2的另一端与第二主功率开关管S2的漏极、第一辅助功率开关管S1的源极和变压器原边N1的异名端分别相连；所述第一辅助功率开关管S1的漏极与第三辅助功率开关管S3的漏极和箝位电容Cc的一端分别相连；所述电压源Vin的负极、第二主功率开关管S2的源极、第四主功率开关管S4的源极和箝位电容Cc的另一端均接地；所述并联电感L与变压器原边N1并联用于实现变换器软开关；变压器副边N2的同名端与第一谐振电容C11的一端和第二谐振电容C12的一端分别相连；变压器副边N2的异名端与第一整流二极管D1的阳极、第二整流二极管D2的阴极、第一输出电容C21的一端和第二输出电容C22的一端分别相连；所述第一谐振电容C11的另一端与第一整流二极管D1的阴极和第三整流二极管D3的阳极分别相连；所述第二谐振电容C12的另一端与第二整流二极管D2的阳极和第四整流二极管D4的阴极分别相连；所述第三整流二极管D3的阴极与第一输出电容C21的另一端和负载电阻R的一端分别相连；所述第四整流二极管D4的阳极与第二输出电容C22的另一端和负载电阻R的另一端分别相连。作为优选，所述并联电感L为磁环电感，其电感值大小取决于电路参数。作为优选，所述第一辅助功率开关管S1、第二主功率开关管S2、第三辅助功率开关管S3和第四主功率开关管S4均为P增强型MOS管。本专利技术控制逻辑，即开关的时间顺序为：主开关S4导通(此时主开关S2处于导通状态，辅助开关S1、S3处于关断状态)，经过(D-0.5)TS时间后主开关S2零电压(ZVS)关断，并联电感L保持正向恒流状态；②经过一个短暂死区时间，辅助开关S1导通，经过(1-D)TS时间后关断，并联电感L正向线性放电后反向线性充电，以保证主开关S2实现零电压(ZVS)开通；③经过一个短暂的死区时间，主开关S2导通，经过(D-0.5)TS时间后主开关S4零电压(ZVS)关断，并联电感L保持反向恒流状态；④经过一个短暂死区时间，辅助开关S3导通，经过(1-D)TS时间后关断，并联电感L反向线性放电后正向线性充电，以保证主开关S4实现零电压(ZVS)开通；⑤经过一个短暂的死区时间，主开关S4导通，回到第一个过程，如此周而复始。上述控制逻辑中的D为两主功率开关管的控制信号占空比，TS为控制信号的周期。本专利技术提供的技术方案带来的有益效果是：本专利技术在实现大电压增益，输入电流输出电压纹波小的基础上，引入并联电感，实现了所有功率开关零电压(ZVS)开通和零电压关断，提高了整个电路的转换效率；实现所有整流二极管零电流(ZCS)关断，解决了整流管的反向恢复问题。本专利技术的变换器适合于低电压、大电流场合，可以应用于光伏发电系统、燃料电池发电系统直流升压场合。以下结合附图及实施例对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的一种高增益隔离型有源箝位软开关DC-DC变换器不局限于实施例。附图说明图1为本专利技术实施例的电路图；图2为本专利技术实施例的关键波形图；图3为本专利技术实施例的开关模态1[t0t1]等效电路图；图4为本专利技术实施例的开关模态2[t1t2]等效电路图；图5为本专利技术实施例的开关模态3[t2t3]等效电路图；图6为本专利技术实施例的开关模态4[t3t4]等效电路图；图7为本专利技术实施例的开关模态5[t4t5]等效电路图；图8为本专利技术实施例的开关模态6[t5t6]等效电路图；图9为本专利技术实施例的开关模态7[t6t7]等效电路图；图10为本专利技术实施例的开关模态7[t7t8]等效电路图；图11为本专利技术实施例的开关模态8[t8t9]等效电路图；图12为本专利技术实施例的开关模态9[t9t10]等效电路图；图13为本专利技术实施例的Saber仿真软开关实现示意图。具体实施方式本专利技术一种高增益隔离型有源箝位软开关DC-DC变换器，用于光伏发电系统、燃料电池发电系统等低电压、大电流系统中直流到直流的变换场合。如图1所示，一种高增益隔离型有源箝位软开关DC-DC变换器，包括电流倍增回路、变压器和开关电容回路；所述电流倍增回路包括电压源Vin，两输入电感L1、L2，箝位电容Cc，两主功率开关管S2、S4，两辅助功率开关管S1、S3，及并联电感L；所述开关电容回路包括四整流二极管D1、D2、D3、D4，谐振电感Llk，两谐振电容C11、C12，两输出电容C21、C22，及负载电阻R；所述电压源Vin的正极与第一输入电感L1的一端和第二输入电感L2的一端分别相连；所述第一输入电感L1的另一端与第四主功率开关管S4的漏极、第三辅助功率开关管S3的源极和变压器原边N1的同名端分别相连；所述第二输入电感L2的另一端与第二主功率开关管S2的漏极、第一辅助功率开关管S1的源极和变压器原边N1的异名端分别本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高增益隔离型有源箝位软开关DC‑DC变换器，其特征在于，包括电流倍增回路、变压器和开关电容回路；所述电流倍增回路包括电压源(V

【技术特征摘要】
1.一种高增益隔离型有源箝位软开关DC-DC变换器，其特征在于，包括电流倍增回路、变压器和开关电容回路；所述电流倍增回路包括电压源(Vin)、两输入电感(L1、L2)、箝位电容(Cc)、两主功率开关管(S2、S4)、两辅助功率开关管(S1、S3)和并联电感(L)；所述开关电容回路包括四整流二极管(D1、D2、D3、D4)、谐振电感(Llk)、两谐振电容(C11、C12)、两输出电容(C21、C22)和负载电阻(R)；所述电压源(Vin)的正极与第一输入电感(L1)的一端和第二输入电感(L2)的一端分别相连；所述第一输入电感(L1)的另一端与第四主功率开关管(S4)的漏极、第三辅助功率开关管(S3)的源极和变压器原边(N1)的同名端分别相连；所述第二输入电感(L2)的另一端与第二主功率开关管(S2)的漏极、第一辅助功率开关管(S1)的源极和变压器原边(N1)的异名端分别相连；所述第一辅助功率开关管(S1)的漏极与第三辅助功率开关管(S3)的漏极和箝位电容(Cc)的一端分别相连；所述电压源(Vin)的负极、第二主功率开关管(S2)的源极、第四主功率开关管(S4)的源极和箝位电容Cc的另一端均接地；所述并联电感(L)与变压器原边(...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾涛，吴珍，何良宗，张景瑞，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建,35