一种隔离型高升压准开关电容变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种隔离型高升压准开关电容变换器，包括前级的准双开关升压开关电容变换器单元和后级的隔离变压器单元两级结构构成，前级的准双开关升压开关电容变换器单元和后级的隔离变压器单元之间通过高频隔离变压器连接，高频隔离变压器由初级线圈电感Lp和次级线圈电感Ls、次级线圈电感Lt组成，本发明专利技术有效降低输入电流尖峰值，实现输入电流连续，用简单的拓扑实现高升压，并结合隔离变压器使其具有隔离升压的功能。

An isolated high pressure quasi switching capacitor converter

The invention discloses a isolation type high voltage quasi switched capacitor converter, including a quasi isolation transformer unit level two level structure of double switch boost switched capacitor converter unit and first level, between the front level quasi double switch boost switched capacitor converter unit and a post stage isolation transformer unit connected by high frequency isolation transformer, high frequency isolation transformer by primary inductance Lp and secondary coil inductance Ls, secondary coil inductance Lt, the invention reduces the input current peak value, realize the continuous input current, high step-up with simple topology, combined with isolation transformer which has the function of isolated boost.

【技术实现步骤摘要】
一种隔离型高升压准开关电容变换器
本专利技术属于开关电源应用
，具体涉及一种隔离型高升压准开关电容变换器。
技术介绍
太阳能光伏(PV)发电系统和电动汽车(EV)或混合动力汽车的应用大多需要高电压增益DC-DC变换器。当高升压变换器用于电动汽车电源时，它被用作电机或发电机单元和电池组之间的电源变换器。而当它用于太阳能光伏发电系统时，高升压变换器在把变化的输入直流电压转换成稳定的输出电压方面起着至关重要的作用。此外，在传统的电动汽车充电机中，直流电源变换器由DC-DC升压变换器和半桥或全桥拓扑结构组成，隔离型DC-DC变换器广泛的应用于开关电源中。其优点是在高升压状态下，电路始终采用隔离模式。然而，在一般的基于电感的高增益DC-DC变换器中，它需要体积较大的磁性元件，这降低了变换器的功率密度。开关电容变换器(SCC)由于其独特的性能，引起了电力电子界的广泛关注，它是开关电源的一个重要分支，其电路仅由电容和开关管组成，不需要磁性元件参与。与传统的感性电源变换器相比，这种特殊的特性使其功率密度更高且更容易集成。开关电容变换器具有质量轻、体积小、功率密度高和EMI小等优点。现已被广泛的应用于LED照明系统、电池能量管理系统、能量收集系统、电动汽车、太阳能光伏发电系统和医学可植入设备等领域。但是，开关电容变换器有高脉动输入电流的缺点。为了克服这个缺点，学者们提出了谐振式开关电容变换器。其在开关电容变换器的充电回路和放电回路中加入感性元器件使得传统的开关电容变换器变成谐振式的开关电容变换器，以减小电流脉动。引入感性元器件是为了能够应用软开关技术来减小充电电流尖峰，提高开关电容变换器的能量转换效率，且有助于降低峰值充电电流并降低电路元器件的应力。对于隔离型开关电容变换器，学者已经提出了一种隔离的准开关电容DC-DC变换器，作为纯电动和混合动力电动汽车的辅助电源，可以管理高压电池和低压直流母线之间的电力电流。与传统的半桥、全桥和多电平变换器相比，具有变压器应力低，变压器匝数比小和双向功率流动等优点。结合上述谐振式开关电容变换器和隔离型开关电容器的优点，本专利技术提出了一种隔离型高升压准开关电容变换器，该变换器大大减少了变压器的体积，特别是隔离变压器的体积，并提高了变换器的功率密度，具有高的电压升压比，有着广泛的应用领域以及良好的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种隔离型高升压准开关电容变换器，有效降低输入电流尖峰值，实现输入电流连续，用简单的拓扑实现高升压，并结合隔离变压器使其具有隔离升压的功能。本专利技术所采用的技术方案是，一种隔离型高升压准开关电容变换器，包括前级的准双开关升压开关电容变换器单元和后级的隔离变压器单元两级结构构成，前级的准双开关升压开关电容变换器单元和后级的隔离变压器单元之间通过高频隔离变压器连接，高频隔离变压器由初级线圈电感Lp和次级线圈电感Ls、次级线圈电感Lt组成。本专利技术的特点还在于，准双开关升压开关电容变换器单元具体结构为：包括依次连接在电源Vin正负极两端的电容C1、电感L2、漏感Lm、开关管Q和电容C2，电容C2和电容C1之间还依次连接有二极管D4、二极管D3、开关管S2、开关管S1、二极管D2、二极管D1，开关管S1和二极管D2之间设有节点A1，电源Vin的正极端与电容C1之间设有节点A3，节点A1和节点A3之间连接有电感L1，开关管S2和二极管D3之间设有节点A2，电源Vin的负极端与电容C2之间设有节点A4，节点A2和节点A4之间连通，电容C1和二极管D1之间设有节点A11，电容C2和二极管D4之间设有节点A13，节点A11和节点A13之间还依次连接有电容C3和电容C4，电容C3和电容C4之间设有节点A8，开关管S1和开关管S2之间设有节点A7，节点A7和节点A8之间连通，节点A11与电容C3之间还依次设有节点A12和节点A6，二极管D2和二极管D1之间设有节点A5，节点A5和节点A6连通，节点A13和电容C4之间依次设有节点A14和节点A10，二极管D3和二极管D4之间设有节点A9，节点A9和节点A10连通，节点A12和节点A14之间还依次连接有电感L2、漏感Lm和开关管Q，漏感Lm两端并联有高频隔离变压器的初级线圈电感Lp。电感L1的电感值为10uH～200uH。电感L2的电感值为10uH～200uH。隔离变压器单元具体结构为：包括与高频隔离变压器次级线圈电感Ls、次级线圈电感Lt依次连接的开关管S3、二极管D5、二极管D6、开关管S4，所述次级线圈电感Ls与所述开关管S3连接，所述次级线圈电感Lt与开关管S4连接，次级线圈电感Ls和次级线圈电感Lt之间设有节点B1，节点B1和二极管D5之间依次设有节点B3和节点B2，节点B3和节点B2之间连接有电容C5，电容C5两端还并联有电阻RL。本专利技术的有益效果是，一种隔离型高升压准开关电容变换器，前级为准双开关升压开关电容变换器单元，后级为隔离变压器单元，前级单元是基于双开关升压开关电容变换器衍生而来的拓扑，所以实现升压功能，并在充电回路中引入一个电感值很小的电感，与传统的双开关升压开关电容变换器相比，可以避免高脉动输入电流的出现，实现电流连续，后级单元由一个变压器，两个有源开关管和两个功率二极管构成，前级将转换的能量传递到变压器初级侧，次级侧维持输出电压并为负载供电。附图说明图1是本专利技术一种隔离型高升压准开关电容变换器的结构示意图；图2是本专利技术一种隔离型高升压准开关电容变换器稳态波形示意图；图3(a)是本专利技术一种隔离型高升压准开关电容变换器等效运行状态1的示意图；图3(b)是本专利技术一种隔离型高升压准开关电容变换器的等效运行状态2的示意图；图3(c)是本专利技术一种隔离型高升压准开关电容变换器的等效运行状态3的示意图；图3(d)是本专利技术一种隔离型高升压准开关电容变换器的等效运行状态4的示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术一种隔离型高升压准开关电容变换器，结构如图1所示，包括前级的准双开关升压开关电容变换器单元和后级的隔离变压器单元两级结构构成，前级的准双开关升压开关电容变换器单元和后级的隔离变压器单元之间通过高频隔离变压器连接，高频隔离变压器由初级线圈电感Lp和次级线圈电感Ls、次级线圈电感Lt组成。其中，准双开关升压开关电容变换器单元具体结构为：包括依次连接在电源Vin正负极两端的电容C1、电感L2、漏感Lm、开关管Q和电容C2，电容C2和电容C1之间还依次连接有二极管D4、二极管D3、开关管S2、开关管S1、二极管D2、二极管D1，开关管S1和二极管D2之间设有节点A1，电源Vin的正极端与电容C1之间设有节点A3，节点A1和节点A3之间连接有电感L1，开关管S2和二极管D3之间设有节点A2，电源Vin的负极端与电容C2之间设有节点A4，节点A2和节点A4之间连通，电容C1和二极管D1之间设有节点A11，电容C2和二极管D4之间设有节点A13，节点A11和节点A13之间还依次连接有电容C3和电容C4，电容C3和电容C4之间设有节点A8，开关管S1和开关管S2之间设有节点A7，节点A7和节点A8之间连通，节点A11与电容C3之间还依次设有节点A12和节点A6，二极管D2和二极管D1之本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种隔离型高升压准开关电容变换器，其特征在于，包括前级的准双开关升压开关电容变换器单元和后级的隔离变压器单元两级结构构成，前级的准双开关升压开关电容变换器单元和后级的隔离变压器单元之间通过高频隔离变压器连接，高频隔离变压器由初级线圈电感Lp和次级线圈电感Ls、次级线圈电感Lt组成。

【技术特征摘要】
1.一种隔离型高升压准开关电容变换器，其特征在于，包括前级的准双开关升压开关电容变换器单元和后级的隔离变压器单元两级结构构成，前级的准双开关升压开关电容变换器单元和后级的隔离变压器单元之间通过高频隔离变压器连接，高频隔离变压器由初级线圈电感Lp和次级线圈电感Ls、次级线圈电感Lt组成。2.根据权利要求1所述的一种隔离型高升压准开关电容变换器，其特征在于，所述准双开关升压开关电容变换器单元具体结构为：包括依次连接在电源Vin正负极两端的电容C1、电感L2、漏感Lm、开关管Q和电容C2，电容C2和电容C1之间还依次连接有二极管D4、二极管D3、开关管S2、开关管S1、二极管D2、二极管D1，所述开关管S1和二极管D2之间设有节点A1，电源Vin的正极端与电容C1之间设有节点A3，节点A1和节点A3之间连接有电感L1，所述开关管S2和二极管D3之间设有节点A2，电源Vin的负极端与电容C2之间设有节点A4，节点A2和节点A4之间连通，电容C1和二极管D1之间设有节点A11，电容C2和二极管D4之间设有节点A13，节点A11和节点A13之间还依次连接有电容C3和电容C4，电容C3和电容C4之间设有节点A8，所述开关管S1和开关管S2之间设有节点A7，节点A7和节点A8之...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨磊，张嘉翔，于文倩，同向前，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61