一种DC/DC变换器电路拓扑结构制造技术

本发明专利技术一种DC/DC变换器电路拓扑结构，通过电路拓扑在工作过程中耦合电感不同工作模式，自举电容器充电和放电以及变换器漏感能量回收利用，在实现变换器高电压增益同时，降低变换器损耗，提高效率。另外，本发明专利技术电路结构简单，元器件使用数量少，工作模式单一，器件电压应力低，可适用于燃料电池输出侧与标准直流母线电压之间的升压变换器系统。

A circuit topology of DC / DC converter

【技术实现步骤摘要】
一种DC/DC变换器电路拓扑结构
本专利技术属于高频开关变换器
，具体涉及一种DC/DC变换器电路拓扑结构。
技术介绍
随着社会不断进步以及经济快速发展，全球能源消耗正日益增加，化石能源存储量日益减少。除此以外由化石能源燃烧而产生的大气污染等环境问题已经开始影响人们日常生活，威胁人类生存安全及自然生态安全。随着科学技术的不断发展以及绿色环保等理念的不断普及，许多新型可再生清洁能源如风能、太阳能、生物质能已经可以被人类加以开发和利用，新能源技术正在迅速发展，逐渐取代着化石能源。除此以外，伴随着新能源发展，新能源所占比例日益增大，对系统储能单元有了更高要求和更广泛需求。作为新能源、储能单元与能源系统进行能量交换的接口，电力电子装置在新能源的开发与利用中起着重要作用。就目前而言，在已经可以被人类利用的可再生能源，如光伏、燃料电池以及各种储能元件大多具有天然直流低输出电压特性。所以高增益DC/DC变换器作为可再生能源与能源系统接口装置，在微电网可再生能源分布式发电等系统中扮演着重要角色，其在光伏发电系统、燃料电池发电系统、不间断电源系统及储能系统等众多领域得到了广泛应用。但是目前DC/DC升压变换器工作在高升压比状态下，存在效率低的问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种在高升压比状态下，提高升压变换器效率的DC/DC变换器电路拓扑结构。本专利技术一种DC/DC变换器电路拓扑结构，功率开关管S、电容C2、输出滤波电感Lo和输出滤波电容Co串联于输入电源Vin正负极；耦合电感原边电感L1分别连接功率开关管源极S和二极管D1阳极；二极管D1阴极连接输入电源Vin负极；耦合电感副边电感L2分别连接到二极管D2阴极和输入电源Vin负极；二极管D3阳极连接功率开关管S源极，二极管D2阳极；电容C1两端分别连接二极管D1阳极和二极管D2阳极；二极管D4阳极连接输入电源Vin负极，阴极连接电容C2。作为优选方案，DC/DC变换器电路拓扑结构工作模态如下：工作模态一[t0,t1]，功率开关管S导通，外部输入电源给电容C1和耦合电感原边电感L1充电；工作模态二[t1,t2]，在t1时刻，功率开关管S关断，二极管D2，D4导通，二极管D1关断；工作模态三[t2,t3]，功率开关管S关断，耦合电感原边电感L1、耦合电感副边电感L2和电容C1互相串联；工作模态四[t3,t4]，在t3时刻，功率开关管S导通，二极管D3、D1、D2相互导通。作为优选方案，DC/DC变换器电路拓扑结构应用于燃料电池输出侧与标准直流母线电压之间的升压变换器系统。本专利技术通过电路拓扑在工作过程中耦合电感不同工作模式，自举电容器充电和放电以及变换器漏感能量回收利用，在实现变换器高电压增益同时，降低变换器损耗，提高效率。另外，本专利技术电路结构简单，元器件使用数量少，工作模式单一，器件电压应力低，可适用于燃料电池输出侧与标准直流母线电压之间的升压变换器系统。附图说明图1为本专利技术电路拓扑图；图2为本专利技术工作波形图；图3为本专利技术工作模式1等效电路图；图4为本专利技术工作模式2等效电路图；图5为本专利技术工作模式3等效电路图；图6为本方明工作模式4等效电路图。具体实施方式本专利技术DC/DC变换器电路拓扑结构，包含输入电源Vin、功率开关管S、耦合电感原边电感L1、耦合电感副边电感L2、耦合电感漏感量Lk、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电容C1、电容C2、输出滤波电容Co、输出滤波电感Lo和输出负载R。功率开关管S栅极连接控制信号电压Vgs，开关管S漏极连接输入电压Vin，源极连接耦合电感一次侧。通过电路拓扑在工作过程中耦合电感不同工作模式，自举电容器充电和放电以及变换器漏感能量回收利用，在实现变换器高电压增益同时，降低变换器损耗，提高效率，并且能够有效减小耦合电感体积和二极管使用数量。实现方式如图1所示，其中，功率开关管S、电容C2、输出滤波电感Lo和输出滤波电容Co串联于输入电源Vin正负极。耦合电感原边电感L1分别连接功率开关管源极和二极管D1阳极；二极管D1阴极连接输入电源Vin负极；耦合电感副边电感L2分别连接到二极管D2阴极和输入电源Vin负极；二极管D3阳极连接功率开关管S源极，阴极二极管D2阳极；电容C1两端分别连接二极管D1阳极和二极管D2阳极；二极管D4阳极连接输入电源Vin负极，阴极连接电容C2。DC/DC变换器电路拓扑结构工作模态如图3至图6所示：工作模态一，功率开关管S导通。外部输入电源给电容C1和耦合电感原边电感L1充电。存储于输入电源和能量转移电容能量被传递到输出负载R上。在此工作模态中，耦合电感原边电感L1和耦合电感副边电感L2电流iL1,iLo因为被补充能量而上升；工作模态二，在t1时刻，功率开关管S关断。二极管D2，D4导通，二极管D1关断。在此工作过程中，耦合电感原边电感L1电流下降斜率和耦合电感副边电感L2电流上升斜率由于谐振电感作用而受到限制；工作模态三，功率开关管S关断。耦合电感原边电感L1，耦合电感副边电感L2和电容C1互相串联。当耦合电感原边电感L1，耦合电感副边电感L2和C1互相串联，他们可将变换器能量传递至电容C中。耦合电感原边电感L1和耦合电感副边电感L2电流iL1，iLo降低；工作模态四，在t3时刻，功率开关管S导通，二极管D3、D1、D2相互导通。此时，通过耦合电感原边电感L1电流上升，同时耦合电感副边电感L2电流降低。由上述分析过程，所述DC/DC变换器增益为耦合电感原边电感L1和耦合电感副边电感L2值设计公式可表示为：电容器C1，C和Co电容值为：其中Kvc1，KvC和KvCo分别为电容C1，C和Co两端电压纹波。综上，本专利技术通过电路拓扑在工作过程中耦合电感不同工作模式，自举电容器充电和放电以及变换器漏感能量回收利用，在实现变换器高电压增益同时，降低变换器损耗，提高效率。另外，本专利技术电路结构简单，元器件使用数量少，工作模式单一，器件电压应力低，可适用于燃料电池输出侧与标准直流母线电压之间的升压变换器系统。以上描述的仅是本专利技术专利基本原理，本领域技术人员根据本所做其他设计，属于本专利技术专利保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种DC/DC变换器电路拓扑结构，功率开关管S、电容C

【技术特征摘要】
1.一种DC/DC变换器电路拓扑结构，功率开关管S、电容C2、输出滤波电感Lo和输出滤波电容Co串联于输入电源Vin正负极；耦合电感原边电感L1分别连接功率开关管源极S和二极管D1阳极；二极管D1阴极连接输入电源Vin负极；耦合电感副边电感L2分别连接到二极管D2阴极和输入电源Vin负极；二极管D3阳极连接功率开关管S源极，二极管D2阳极；电容C1两端分别连接二极管D1阳极和二极管D2阳极；二极管D4阳极连接输入电源Vin负极，阴极连接电容C2。


2.根据权利要求1所述的一种DC/DC变换器电路拓扑结构，其特征在于,DC/DC变换器电路拓扑结构工作模态...

【专利技术属性】
技术研发人员：张智杰，杨森，孙科，孙曦冉，张宏伟，蔡道萌，蔡宗举，杜会卿，张滨，刘玉明，杨杰，苗春晖，
申请(专利权)人：中国船舶工业系统工程研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11