一种融合耦合电感技术的直流三电平升压变换器制造技术

本发明专利技术属于DC‑DC变换设备技术领域，涉及一种融合耦合电感技术的直流三电平升压变换器，主体结构包括耦合电感单元、三电平单元和箝位单元，耦合电感单元包括第一耦合电感、第二耦合电感、第三耦合电感、第一二极管和第二二极管，三电平单元包括第一开关管、第二开关管、第一储能电容、第二储能电容、第一输出电容、第二输出电容和中点连接线；箝位单元包括第一箝位二极管和第二箝位二极管；其结构简单，使用方便，成本低，输出效率高，可以达到90％的整机效率。

【技术实现步骤摘要】
一种融合耦合电感技术的直流三电平升压变换器
：本专利技术属于DC-DC变换设备
，具体涉及一种融合耦合电感技术的直流三电平升压变换器。
技术介绍
：近年来，由于化石燃料的快速消耗以及温室气体排放的增加，使用可再生能源组成分布式发电系统所得到的社会关注越来越多。众所周知，太阳能是用于发电的最具前景性和清洁性的可再生能源之一，利用此类能源进行发电及其它工业活动的发展趋势越来越迅猛，国内外对于光伏发电等新能源技术都给予了热切的关注和大力度的研究，其对于生态环境的保护和不可再生能源危机的解除，都有相当大的现实意义。然而，一个太阳能电池板的输出很低，许多光伏面板必须采用串-并联的方式进行联合输出，以此来达到电力市场实际所需的电压值，但采取这样的方式，会使得整个供电系统出现故障率升高、整机体积过大的问题。因此，在诸如基于太阳能发电系统的许多应用中，都需要接入一个高增益升压模块将太阳能电池单元的低输出电压转换为电力市场前级所需的高直流电压。在现有的研究中，五种传统拓扑Boost、Buck-Boost、Sepic、Cuk和Zeta均可以达到升压的效果，并且结构简单易于控制，但却无法在避免极限占空比出现的情况下，解决变换器实现高电压输出增益的问题。随着现在社会中对于DC-DC高电压增益变换器的需求越来越迫切，广大国内外学者对其的研究热度与深度也越来越大，有几种利于提升直流变换器电压转换能力的常用方法被广泛应用：变换器级联、加入耦合电感模块和使用开关电感电容模块等，但这些大多出现了变换器元器件数量的大量增加、整体体积大幅度增大和漏感带来的高电压尖峰等问题，使得变换器本身的成本增加、控制难度增大。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺点，设计提供一种融合耦合电感技术的直流三电平升压变换器，在保证变换器实现较大转换能力的基础上，避免变换器极限占空比情况的出现保证了整体安全性、有效减少元器件的数量而降低控制难度、减小对应开关元件的应力使得变换器制作成本有所降低。本专利技术所述融合耦合电感技术的直流三电平升压变换器的主体结构包括耦合电感单元、三电平单元和箝位单元，耦合电感单元包括第一耦合电感、第二耦合电感、第三耦合电感、第一二极管和第二二极管，第一耦合电感、第二耦合电感、第三耦合电感互相耦合，且匝数比为1：n：n，第一耦合电感的同名端连接电源的正极，非同名端分别与第一开关管的漏极和第一储能电容的一端相连；第二耦合电感的同名端分别与第一储能电容的另一端、储能电感的一端和第一箝位二极管的正极连接，其非同名端与第一二极管的正极连接；第三耦合电感的同名端分别与第二输出电容的负极、输出负载的负极和第二箝位二极管的正极连接，其非同名端与第二二极管相连；三电平单元包括第一开关管、第二开关管、第一储能电容、第二储能电容、第一输出电容、第二输出电容和中点连接线；第一开关管的漏极分别与第一电感的非同名端和第一储能电容相连，第二开关管的源极分别与电源的负极和第二储能电容相连，第一箝位二极管的负极分别与第一二极管的负极、第一输出电容的正极、输出负载的正极连接，第二箝位二极管的负极分别与第二二极管的负极、储能电感和第二储能电容连接，第一开关管的源极和第二开关管的漏极相连，并且与第一输出电容的负极及第二输出电容的正极由中点连接线连在一起，第一输出电容、第二输出电容能实现储能均压的功能；箝位单元包括第一箝位二极管和第二箝位二极管，第一箝位二极管的正极分别与第二耦合电感的同名端、第一储能电容和储能电感连接，其负极分别与第一输出电容的正极和输出负载的正极连接；第二箝位二极管的正极分别与第三耦合电感的同名端、第二输出电容的负极和输出负载的负极连接，其负极与第二二极管的负极、储能电感的另一端与第二储能电容连接。本专利技术所述第一开关管、第二开关管均采用N沟道的MOS管，并且其栅源极均可以接受外部主控芯片的控制信号。本专利技术采用单极性的PWM控制方法来控制开关管达到导通或截止的状态，能够提高开关管的工作效率，减小开关损耗；在驱动信号方面，选用高电平比例相同的驱动信号，并且一个驱动信号比另一个驱动信号延迟半个周期，且导通占空比D>0.5，以此来实现在正常工作周期内两个开关管中至少有一个呈现导通的状态。本专利技术与现有技术相比，在正常工作时，由两个开关管不停切换导通或关断的状态，以此来实现耦合电感不断充放电的过程，以此来实现高电压增益的功能；利用三电平结构，使得开关管、二极管和电容等器件的应力都相应减小一半，可以控制整体成本和实施的难度；加入对应箝位单元，可以有效箝位由于漏感能量带来的开关管的电压尖峰，降低损耗，并且可以有效的将其能量引导至后级输出侧；其结构简单，使用方便，成本低，输出效率高，可以达到90％的整机效率。附图说明：图1为本专利技术的主体电路结构示意图。图2为本专利技术所述两个开关管控制信号的示意图。图3(a)～(d)为本专利技术的4种工作模式的示意图。图4为本专利技术与传统Sepic电路的电压增益对比曲线图。具体实施方式：为了更为具体的描述本专利技术，下面结合附图及具体实施方式对本专利技术的技术方案进行详细说明。实施例：本实施例所述融合耦合电感技术的直流三电平升压变换器的主体结构如图1所示，包括耦合电感单元、三电平单元和箝位单元，其中耦合电感单元用于替代原有变换器中的单个储能电感，利用耦合电感同时充放电的特点，在原变换器只具有占空比D这一调节因子的基础上，增加匝数比这一可以调节的自由因子，实现高电压转换能力的功能，具体包括第一耦合电感L1、第二耦合电感L2、第三耦合电感L3、第一二极管D1和第二二极管D2，第一耦合电感L1、第二耦合电感L2、第三耦合电感L3互相耦合，且匝数比为1：n：n，第一耦合电感L1的同名端连接电源Vg的正极，非同名端分别与第一开关管S1的漏极和第一储能电容C1的一端相连；第二耦合电感L2的同名端分别与第一储能电容C1的另一端、储能电感L的一端和第一箝位二极管D3的正极连接，其非同名端与第一二极管D1的正极连接；第三耦合电感L3的同名端分别与第二输出电容C4的负极、输出负载R的负极和第二箝位二极管D4的正极连接，其非同名端与第二二极管D2相连；三电平单元可以实现变换器结构上成为完全对称的两个部分，以降低开关管、二极管和电容等元件的电压应力；具体包括第一开关管S1、第二开关管S2、第一储能电容C1、第二储能电容C2、第一输出电容C3、第二输出电容C4和中点连接线，第一开关管S1的漏极分别与第一电感L1的非同名端和第一储能电容C1相连，第二开关管S2的源极分别与电源Vg的负极和第二储能电容C2相连，第一箝位二极管D3的负极分别与第一二极管D1的负极、第一输出电容C3的正极、输出负载R的正极连接，第二箝位二极管D4的负极分别与第二二极管D2的负极、储能电感L和第二储能电容C2连接，第一开关管S1的源极和第二开关管S2的漏极相连，并且与第一输出电容C3的负极及第二输出电容C4的正极由中点连接线连在一起，第一开关管S1和第二开关管S2的栅源极用以接收外部主控芯片的控制信号，完成开关管导通或截止状态的切换；箝位单元可以将各自对应耦合电感的漏感放电时的电压尖峰箝位到一固定数值，并且将能量引导至输出侧，以减小损耗，提升变换器的整体效率，具体包括第一箝位二极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种融合耦合电感技术的直流三电平升压变换器，其特征在于主体结构包括耦合电感单元、三电平单元和箝位单元，耦合电感单元包括第一耦合电感、第二耦合电感、第三耦合电感、第一二极管和第二二极管，第一耦合电感、第二耦合电感、第三耦合电感互相耦合，且匝数比为1：n：n，第一耦合电感的同名端连接电源的正极，非同名端分别与第一开关管的漏极和第一储能电容的一端相连；第二耦合电感的同名端分别与第一储能电容的另一端、储能电感的一端和第一箝位二极管的正极连接，其非同名端与第一二极管的正极连接；第三耦合电感的同名端分别与第二输出电容的负极、输出负载的负极和第二箝位二极管的正极连接，其非同名端与第二二极管相连；三电平单元包括第一开关管、第二开关管、第一储能电容、第二储能电容、第一输出电容、第二输出电容和中点连接线；第一开关管的漏极分别与第一电感的非同名端和第一储能电容相连，第二开关管的源极分别与电源的负极和第二储能电容相连，第一箝位二极管的负极分别与第一二极管的负极、第一输出电容的正极、输出负载的正极连接，第二箝位二极管的负极分别与第二二极管的负极、储能电感和第二储能电容连接，第一开关管的源极和第二开关管的漏极相连，并且与第一输出电容的负极及第二输出电容的正极由中点连接线连在一起，第一输出电容、第二输出电容能实现储能均压的功能；箝位单元包括第一箝位二极管和第二箝位二极管，第一箝位二极管的正极分别与第二耦合电感的同名端、第一储能电容和储能电感连接，其负极分别与第一输出电容的正极和输出负载的正极连接；第二箝位二极管的正极分别与第三耦合电感的同名端、第二输出电容的负极和输出负载的负极连接，其负极与第二二极管的负极、储能电感的另一端与第二储能电容连接。...

【技术特征摘要】
1.一种融合耦合电感技术的直流三电平升压变换器，其特征在于主体结构包括耦合电感单元、三电平单元和箝位单元，耦合电感单元包括第一耦合电感、第二耦合电感、第三耦合电感、第一二极管和第二二极管，第一耦合电感、第二耦合电感、第三耦合电感互相耦合，且匝数比为1：n：n，第一耦合电感的同名端连接电源的正极，非同名端分别与第一开关管的漏极和第一储能电容的一端相连；第二耦合电感的同名端分别与第一储能电容的另一端、储能电感的一端和第一箝位二极管的正极连接，其非同名端与第一二极管的正极连接；第三耦合电感的同名端分别与第二输出电容的负极、输出负载的负极和第二箝位二极管的正极连接，其非同名端与第二二极管相连；三电平单元包括第一开关管、第二开关管、第一储能电容、第二储能电容、第一输出电容、第二输出电容和中点连接线；第一开关管的漏极分别与第一电感的非同名端和第一储能电容相连，第二开关管的源极分别与电源的负极和第二储能电容...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁新平，赵德林，刘贇，于雷，张洪兴，刘丰羽，杨朔，郝杨阳，李恺，余岱玲，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37