一种带有电感电容开关网络的高增益Cuk直流变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种带有电感电容开关网络的高增益Cuk直流变换器，包括基本Cuk变换器和若干个电感电容开关网络单元，所述电感电容开关网络单元包含一个电感、一个电容及两个二极管，通过增加不同数量的电感电容开关网络，可以灵活地扩大电压增益，引入n个电感电容开关网络时，输出电压是输入电压的

A high gain Cuk DC converter with inductive capacitor switching network

【技术实现步骤摘要】
一种带有电感电容开关网络的高增益Cuk直流变换器
本专利技术涉及直流-直流变换器领域，具体说是一种带有电感电容开关网络的高增益Cuk直流变换器。
技术介绍
随着能源危机和环境污染，太阳能、燃料电池等成为世界能源结构的主要部分。但光伏、燃料电池等新能源发电单体的输出电压远低于可并网所需的直流母线电压，通常需要一个高增益升压DC-DC变换器作为接口电路。此外，在UPS供电系统、电动汽车以及航空电源等应用领域，高增益升压DC-DC变换器也同样扮演着重要角色。由于输入输出电感的存在，Cuk变换器可以减小输入输出电流脉动和纹波，有利于抑制电磁干扰问题，因此受到越来越多的关注，但是传统的Cuk变换器输出电压增益只能达到10倍。为提高电压增益，对现有技术中的Cuk提出多种改进方案，主要存在三种方式：第一种利用耦合电感来实现高增益升压，但是耦合电感的使用会引起开关器件电压应力过高，同时带来电磁干扰；第二种是融合开关电感网络；第三种是融合开关电容网络，第二种和第三种电路均是单纯地只增加电感或者电容的数量来扩展电压增益。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术目的在于提供一种带有电感电容开关网络的高增益Cuk直流变换器，具有结构简单、控制方便、高电压增益、开关器件电压应力小和易拓展的优点。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种带有电感电容开关网络的高增益Cuk直流变换器，包括直流变换器本体和设置于内部的电路模块，所述电路模块包括输入电源Ui、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、开关管S、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、输出滤波电容Co和负载电阻R；输入电源Ui的正极分别与第一电感L1的第一端、第二电容C2的第一端及第三电容C3的第一端连接，第一电感L1的第二端分别与第二二极管D2的阳极及第三二极管D3的阳极连接，第二二极管D2的阴极分别与第二电容C2的第二端及第三电感L3的第一端连接，第三电感L3的第二端分别与第三二极管D3的阴极、第四二极管D4的阳极、第一电容C1的第一端及开关管S的漏极相连，第一电容C1的第二端分别与第一二极管D1的阳极及第二电感L2的第一端相连，第一二极管D1的阴极分别与开关管S的源极及输入电源Ui的负极连接，第二电感L2的第二端分别与输出滤波电容Co的第一端及负载电阻R的第一端相连，输出滤波电容Co的第二端分别与负载电阻R的第二端、第三电容C3的第二端及第四二极管D4的阴极相连。本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述电路模块增加一个电感电容开关网络，所述电感电容开关网络包括第四电容C4、第四电感L4、第五二极管D5和第六二极管D6；将输出滤波电容Co的第二端与第三电容C3的第二端、第四二极管D4的阴极拆开，同时将开关管S的漏极与第三二极管D3的阴极、第四二极管D4的阳极及第三电感L3的第二端拆开；输出滤波电容Co的第二端分别与第四电容C4的第一端及第六二极管D6的阴极相连，第四电容C4的第二端与第三电容C3的第一端连接，开关管S的漏极分别与第五二极管D5的阴极、第六二极管D6的阳极及第四电感L4第一端相连，第四电感L4第二端分别与第三电容C3的第二端及第四二极管D4的阴极相连，第五二极管D5的阳极分别与第三二极管D3的阴极及第三电感L3的第二端相连。本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述电路模块增加(n-2)个电感电容开关网络，实现高增益电压输出，输出电压是输入电压的倍。由于采用了上述技术方案，本专利技术取得的技术进步是：1、直流变换器利用电感电容开关网络可以完成光伏电池到并网逆变器所需直流母线之间的高增益升压任务；同时，该类变换器功率开关管和二极管电压应力小，控制简单。2、通过增加不同数量的电感电容开关网络，可以灵活地扩大电压增益。引入n个电感电容开关网络时，输出电压是输入电压的倍。3、能够实现输入输出电流连续，并且减小EMI问题。附图说明图1是本专利技术第一种带有电感电容开关网络的高增益Cuk直流变换器电路图。图2是本专利技术第一种直流变换器主要工作波形图。图3是本专利技术第一种直流变换器工作模态一等效电路。图4是本专利技术第一种直流变换器工作模态二等效电路。图5是本专利技术第二种带有电感电容开关网络的高增益Cuk直流变换器电路图。图6是本专利技术第二种直流变换器主要工作波形图。图7是本专利技术第二种直流变换器工作模态一等效电路。图8是本专利技术第二种直流变换器工作模态二等效电路。图9是本专利技术第三种带有电感电容开关网络的高增益Cuk直流变换器电路图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明：参见图1所示，一种带有电感电容开关网络的高增益Cuk直流变换器，包括直流变换器本体和设置于内部的电路模块，所述电路模块包括输入电源Ui、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、开关管S、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、输出滤波电容Co和负载电阻R；输入电源Ui的正极分别与第一电感L1的第一端、第二电容C2的第一端及第三电容C3的第一端连接，第一电感L1的第二端分别与第二二极管D2的阳极及第三二极管D3的阳极连接，第二二极管D2的阴极分别与第二电容C2的第二端及第三电感L3的第一端连接，第三电感L3的第二端分别与第三二极管D3的阴极、第四二极管D4的阳极、第一电容C1的第一端及开关管S的漏极相连，第一电容C1的第二端分别与第一二极管D1的阳极及第二电感L2的第一端相连，第一二极管D1的阴极分别与开关管S的源极及输入电源Ui的负极连接，第二电感L2的第二端分别与输出滤波电容Co的第一端及负载电阻R的第一端相连，输出滤波电容Co的第二端分别与负载电阻R的第二端、第三电容C3的第二端及第四二极管D4的阴极相连。参见图2所示，显示了所述第一种变换器开关管S的驱动信号Vg、第一电感L1的电压vL1、第二电感L2的电压vL2、第三电感L3的电压vL3、第一电感L1的电流iL1、第二电感L2的电流iL2、第三电感L3的电流iL3在一个开关周期的波形。参见图3和图4所示，显示了所述第一种变换器在一个开关周期内两个工作模态的等效电路图。1)在t0～t1阶段，如图3所示，开关管S和第三二极管D3导通，第一二极管D1、第二二极管D2和第四二极管D4关断。此时，第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3充电，第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3放电，电流路径分别为：Ui→L1→D3→S，Ui→C2→L3→S，Ui→C3→R→L2→C1→S，电感电压vL1、vL2、vL3如下式所示。2)在t1～t2阶段，如图4所示，开关管S、第三二极管D3关断，第一二极管D1、第二二极管D2、第四二极管D4导通。此时，第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3放电，第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3充电，电流路径分别本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带有电感电容开关网络的高增益Cuk直流变换器，其特征在于：包括直流变换器本体和设置于内部的电路模块，所述电路模块包括输入电源U

【技术特征摘要】
1.一种带有电感电容开关网络的高增益Cuk直流变换器，其特征在于：包括直流变换器本体和设置于内部的电路模块，所述电路模块包括输入电源Ui、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、开关管S、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、输出滤波电容Co和负载电阻R；输入电源Ui的正极分别与第一电感L1的第一端、第二电容C2的第一端及第三电容C3的第一端连接，第一电感L1的第二端分别与第二二极管D2的阳极及第三二极管D3的阳极连接，第二二极管D2的阴极分别与第二电容C2的第二端及第三电感L3的第一端连接，第三电感L3的第二端分别与第三二极管D3的阴极、第四二极管D4的阳极、第一电容C1的第一端及开关管S的漏极相连，第一电容C1的第二端分别与第一二极管D1的阳极及第二电感L2的第一端相连，第一二极管D1的阴极分别与开关管S的源极及输入电源Ui的负极连接，第二电感L2的第二端分别与输出滤波电容Co的第一端及负载电阻R的第一端相连，输出滤波电容Co的第二端分别与负载电阻R的第二端、第三电容C3的第二端及第四二极管...

【专利技术属性】
技术研发人员：周悦，孙孝峰，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13