一种低电压应力ZVS高增益Boost变换器制造技术

本发明专利技术属于电气技术领域，公开了一种低电压应力ZVS高增益Boost变换器，该变换器由两个开关管、四个电容和三个电感，一个二极管构成，其将传统二次型Boost变换器的防反二极管用电容取代，且将开关管前移至输入端，进一步将输入侧二极管用开关管取代，原开关管为主管，两者互补导通，同时，增加一个辅助电感和辅助电容。本发明专利技术所提供的低电压应力ZVS高增益Boost变换器电压增益为G＝(1+D)/(1‑D)，可以在较低的占空比下实现高增益。与传统二次型Boost变换器相比，相同工况下本发明专利技术所提供的低电压应力ZVS高增益Boost变换器的开关管、部分二极管的电压应力均得到一定程度的降低，同时，实现变换器中两个开关管的零电压开通，以及二极管的自然关断，减小开关损耗，提高效率。

A low voltage stress ZVS high gain boost converter

【技术实现步骤摘要】
一种低电压应力ZVS高增益Boost变换器
本专利技术涉及电气
，具体涉及一种低电压应力ZVS高增益Boost变换器。
技术介绍
随着环境污染和能源危机等问题的日益加剧，光伏发电、燃料电池发电等分布式新能源并网发电技术受到广泛的关注与研究。由于光伏电池、燃料电池等电池单元的输出电压较低且变化范围较宽，为了满足并网逆变器的输入电压要求，往往需要将多个电池单元串联使用。这种方案的可靠性较低，后期维护成本高。为了解决上述问题，可以采用具有高升压能力的DC/DC变换器，直接将单节新能源电池的输出电压提升到并网逆变器所要求的输入电压等级。然而，受升压电感和开关管中寄生电阻的影响，传统Boost变换器的实际升压能力有限，无法胜任这一工作。即使升压能力足够，其也需要很大的占空比才能获得较高增益。然而，极端占空比下变换器的开关损耗、反向恢复损耗严重增加，效率较低。为此，国内外学者们提出了各种各样的高增益DC-DC变换器拓扑。隔离型升压变换器通过改变高频变压器的匝比轻松获得高增益。但是，高频变压器的使用增大了变换器的体积和重量，严重降低变换效率。与之相比，在不需要极高增益(G≥12)的应用场合，无变压器高增益方案显然是更合理的选择。通过并联多个开关电容可以实现较高电压增益，但系统的复杂程度与控制难度增加，成本也比较高。级联Boost变换器同样可以明显提升变换器升压能力，减少无源器件数量，但后级开关管和二极管承受了较大的电压应力(为输出电压)，增大了器件选型难度和开关损耗，使得变换器效率难以进一步提升。二次型Boost变换器通过复用级联Boost变换器中的开关管，减少了开关管及其驱动装置的数量，但开关管和二极管电压应力较高的问题仍然没有解决。此外，上述高增益变换器的开关管均为硬开关，系统效率较低，且开关管动作时将会伴随着很大的电压尖峰，增加开关器件的电压应力，加剧了电磁干扰(EMI)问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种低电压应力ZVS高增益Boost变换器。该变换器中所有开关管均实现ZVS，所有二极管均实现自然关断，减小开关损耗，提高系统的的效率。为实现上述目的，本专利技术提供了一种低电压应力ZVS高增益Boost变换器，包括第一开关管、第二开关管、二极管、第一电感、第二电感、第三电感、第一电容、第二电容、第三电容和第四电容，其中：所述第一开关管和第二开关管均为N沟道MOS管；所述第一电感的第一端分别与所述第一电容的第二端及直流电源的正端连接，所述第一电感的第二端分别与所述第一开关管的漏极、所述第二开关管的源极、所述第二电容的第二端及所述第三电感的第一端连接；所述第一电容的第一端分别与所述第二开关管的漏极、第二电感的第一端连接；所述第二电感的第二端分别与所述第二电容的第一端及所述二极管的阳极连接；所述二极管的阴极分别与所述第四电容的第一端及负载的正端连接；所述第三电感的第二端与所述第三电容的第一端连接；所述第四电容的第二端与所述负载的负端、所述第三电容的第二端、所述第一开关管的源极及所述直流电源的负端连接；其中，所述第一电感、所述第二电感和所述第三电感均工作于电流连续模式，所述第一开关管和所述第二开关管互补导通；所述第三电感的电感值其中，Uin为输入电压，D为第一开关管驱动信号的占空比，Ts为开关周期，IL1为第一电感电流平均值，IL2为第二电感电流平均值。优选的，所述低电压应力ZVS高增益Boost变换器的电压增益为(1+D)/(1-D)。优选的，所述第一电容、第二电容、第三电容和第四电容均为有极性电容，且所述第一电容、第二电容、第三电容和第四电容的第一端为正端，所述第一电容、第二电容、第三电容和第四电容的第二端为负端。优选的，所述第一开关管、第二开关管、第一二极管和第二二极管的电压应力均为其中，Uin和Uo分别为所述低电压应力ZVS高增益Boost变换器的输入电压和输出电压。与现有技术相比，本专利技术提供的低电压应力ZVS高增益Boost变换器采用同步控制，并通过增加一个辅助电感和辅助电容，实现所有开关管和二极管的软开关，降低了系统损耗；具有较少的二极管，且开关管和二极管的电压应力，降低了系统成本。附图说明图1为本申请实施例提供的一种低电压应力ZVS高增益Boost变换器的电路结构示意图；图2(a)～(g)为本申请实施例的低电压应力ZVS高增益Boost变换器不同模态的等效电路图；图3为图1所示低电压应力ZVS高增益Boost变换器的关键波形图；图4为图1所示低电压应力ZVS高增益Boost变换器的电压增益曲线图；图5(a)～(d)为图1所示低电压应力ZVS高增益Boost变换器和传统二次型Boost变换器中各功率器件和部分电容的电压应力归算值与电压增益的关系曲线图，其中，图5(a)为第一开关管S1与二极管D1的电压应力归算值与电压增益的关系曲线图，图5(b)为第二开关管S2的电压应力归算值与电压增益的关系曲线图，图5(c)为第一电容C1、第二电容C2的电压应力归算值与电压增益的关系曲线图，图5(d)为第四电容C4的电压应力归算值与电压增益的关系曲线图；图6为图1所示低电压应力ZVS高增益Boost变换器各开关管电压电流仿真波形图；图7为Uin＝48V，Uo＝300V时，本专利技术实施例提供的低电压应力高增益Boost变换器与变换器硬开关状态下的两种仿真效率曲线对比图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参照图1，图1为本申请实施例所提供的低电压应力ZVS高增益Boost变换器的电路结构示意图(图中采用N沟道MOS管作为开关管，电容均为有极性电容)，包括第一开关管S1、第二开关管S2、二极管D1、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4，其中：第一电感L1的第一端分别与第一电容C1的第二端及直流电源Uin的正端连接，第一电感L1的第二端分别与第一开关管S1的漏极、第二开关管S2的源极、第二电容C1的第二端及第三电感L3的第一端连接；第一电容C1的第一端分别与第二开关管S2的漏极、第二电感L2的第一端连接；第二电感L2的第二端分别与第二电容C2的第一端及二极管D1的阳极连接；二极管D1的阴极分别与第四电容C4的第一端及负载的正端连接；第三电感L3的第二端与第三电容C3的第一端连接；第四电容C4的第二端与负载R的负端、第三电容的第二端、所述第一开关管的源极及所述直流电源的负端连接；其中，所述第一电感、所述第二电感和所述第三电感均工作于电流连续模式，所述第一开关管和所述第二开关管互补导通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低电压应力ZVS高增益Boost变换器，其特征在于，包括第一开关管、第二开关管、二极管、第一电感、第二电感、第三电感、第一电容、第二电容、第三电容和第四电容，其中：/n所述第一开关管和第二开关管均为N沟道MOS管；/n所述第一电感的第一端分别与所述第一电容的第二端及直流电源的正端连接，所述第一电感的第二端分别与所述第一开关管的漏极、所述第二开关管的源极、所述第二电容的第二端及所述第三电感的第一端连接；/n所述第一电容的第一端分别与所述第二开关管的漏极、第二电感的第一端连接；/n所述第二电感的第二端分别与所述第二电容的第一端及所述二极管的阳极连接；/n所述二极管的阴极分别与所述第四电容的第一端及负载的正端连接；/n所述第三电感的第二端与所述第三电容的第一端连接；/n所述第四电容的第二端与所述负载的负端、所述第三电容的第二端、所述第一开关管的源极及所述直流电源的负端连接；/n其中，所述第一电感、所述第二电感和所述第三电感均工作于电流连续模式，所述第一开关管和所述第二开关管互补导通；/n所述第三电感的电感量

【技术特征摘要】
1.一种低电压应力ZVS高增益Boost变换器，其特征在于，包括第一开关管、第二开关管、二极管、第一电感、第二电感、第三电感、第一电容、第二电容、第三电容和第四电容，其中：
所述第一开关管和第二开关管均为N沟道MOS管；
所述第一电感的第一端分别与所述第一电容的第二端及直流电源的正端连接，所述第一电感的第二端分别与所述第一开关管的漏极、所述第二开关管的源极、所述第二电容的第二端及所述第三电感的第一端连接；
所述第一电容的第一端分别与所述第二开关管的漏极、第二电感的第一端连接；
所述第二电感的第二端分别与所述第二电容的第一端及所述二极管的阳极连接；
所述二极管的阴极分别与所述第四电容的第一端及负载的正端连接；
所述第三电感的第二端与所述第三电容的第一端连接；
所述第四电容的第二端与所述负载的负端、所述第三电容的第二端、所述第一开关管的源极及所述直流电源的负端连接；
其中，所述第一电感、所述第二电感和所述第三电感均工作于电流连续模式，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦岭，田民，张宇妍，周磊，段冰莹，沈家鹏，高娟，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32