一种基于耦合电感和升压电容的软开关高增益直流变换器制造技术

本发明专利技术属于电力电子技术领域，具体涉及一种基于耦合电感和升压电容的软开关高增益直流变换器。本发明专利技术通过基于耦合电感的倍压结构，实现了较高电压增益，并降低了所有开关管和二极管的电压应力。本发明专利技术在保证电源输入电流较低纹波的同时，可使电流正负交替通过耦合电感，防止耦合电感出现偏磁电流饱和问题，保证了变换器整体结构稳定安全。本发明专利技术加入有源钳位软开关结构，使所有开关管实现软开关，降低系统损耗，提升系统效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于耦合电感和升压电容的软开关高增益直流变换器
本专利技术属于电力电子
，具体涉及一种基于耦合电感和升压电容的软开关高增益直流变换器。
技术介绍
随着清洁能源的快速发展，光伏发电系统和燃料电池发电系统逐渐成为电力电子领域的研究重点。由于单位光伏或燃料电池发电系统输出的直流电压普遍较低，无法满足正常生产生活电压等级需求，因此发电设备后端一般要增设一个升压电路来抬高输出电压等级。现在体术的升压电路有：传统Boost升压电路，虽然因结构简单而受到广泛应用，但升压比偏低、电路损耗大并且效率不高；级联型Boost电路，虽提高了电压增益，但该结构控制难度较大并且转换效率偏低；交错并联Boost变换器，虽降减小了输入电流纹波，但电压增益并没提升，同时开关应力较大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供提高拓扑的升压增益，同时还具有低输入电流纹波、器件低电压应力和开关管实现软开关等优点的一种基于耦合电感和升压电容的软开关高增益直流变换器。本专利技术的目的通过如下技术方案来实现：包括输入电源Vin，滤波单元、升压单元和负载单元R；所述的滤波单元包括滤波电感L1和滤波电容C1；所述的升压单元包括耦合电感第一线圈L2、辅助电感L3、耦合电感第二线圈L4、主开关管Q1、辅助开关管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、寄生电容Cs；所述的输入电源Vin、滤波电感L1、耦合电感第一线圈L2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第五电容C5、耦合电感第二线圈L4依次连接，串联成闭合回路；所述的滤波电感L1一侧与输入电源Vin的正极连接，另一侧与耦合电感第一线圈L2的同名端连接；所述的耦合电感第一线圈L2的异名端与第三二极管D3的阳极连接，第三二极管D3的阴极与第四二极管D4的阳极连接，第四二极管D4的阴极与第五二极管D5的阳极连接，第五二极管D5的阴极与第五电容C5的正极连接，第五电容C5的负极与耦合电感第二线圈L4的同名端连接，耦合电感第二线圈L4的异名端与输入电源Vin的负极连接；所述的滤波电容C1的正极连接在滤波电感L1与耦合电感第一线圈L2之间，滤波电容C1的负极分别与输入电源Vin的负极和主开关管Q1的源极连接；所述的主开关管Q1的漏极与耦合电感第一线圈L2的异名端连接；所述的第一二极管D1并联在主开关管Q1的两端，第一二极管D1的阴极与主开关管Q1的漏极连接，第一二极管D1的阳极与主开关管Q1的源极连接；所述的寄生电容Cs并联在第一二极管D1的两端，寄生电容Cs的正极与第一二极管D1的阴极连接，寄生电容Cs的负极与第一二极管D1的阳极连接；所述的辅助开关管Q2的源极连接在耦合电感第一线圈L2的异名端与主开关管Q1的漏极之间，辅助开关管Q2的漏极与第二电容C2的正极连接；所述的第二二极管D2并联在辅助开关管Q2的两端，第二二极管D2的阳极与辅助开关管Q2的源极连接，第二二极管D2的阴极与辅助开关管Q2的漏极连接；所述的第二电容C2的负极与耦合电感第二线圈L4的异名端连接；所述的第四电容C4的正极连接在第三二极管D3的阴极与第四二极管D4的阳极之间，第四电容C4的负极与耦合电感第二线圈L4的同名端连接；所述的辅助电感L3一侧连接在第二电容C2的负极与耦合电感第二线圈L4的异名端之间，另一侧连接在第四电容C4的负极与耦合电感第二线圈L4的同名端之间；所述的负载单元R并联在电容C5两端。本专利技术还可以包括：所述的第二电容C2的容值大于寄生电容Cs的容值。所述的主开关管Q1为IGBT。所述的辅助开关管Q2为IGBT。本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过基于耦合电感的倍压结构，实现了较高电压增益，并降低了所有开关管和二极管的电压应力。本专利技术在保证电源输入电流较低纹波的同时，可使电流正负交替通过耦合电感，防止耦合电感出现偏磁电流饱和问题，保证了变换器整体结构稳定安全。本专利技术加入有源钳位软开关结构，使所有开关管实现软开关，降低系统损耗，提升系统效率。附图说明图1为本专利技术的电路拓扑示意图。图2为本专利技术的电路拓扑等效示意图。图3为本专利技术的直流变换器工作时的关键波形。图4为本专利技术的直流变换器模态1的工作原理结构示意图。图5为本专利技术的直流变换器模态2的工作原理结构示意图。图6为本专利技术的直流变换器模态3的工作原理结构示意图。图7为本专利技术的直流变换器模态4的工作原理结构示意图。图8为本专利技术的直流变换器模态5的工作原理结构示意图。图9为本专利技术的直流变换器模态6的工作原理结构示意图。图10为本专利技术的直流变换器模态7的工作原理结构示意图。图11为本专利技术的直流变换器模态8的工作原理结构示意图。图12为本专利技术的直流变换器模态9的工作原理结构示意图。图13为本专利技术的直流变换器输出电压Vo图。图14为本专利技术的直流变换器输入电流iL1图。图15为本专利技术的直流变换器开关管Q1、Q2实现软开关仿真图。图16为本专利技术的直流变换器漏感电流ik及辅助电感电流iL3图。图17为本专利技术的直流变换器耦合电感一次侧L2两端电压VL2图。图18为本专利技术的直流变换器二极管D3、D4、D5两端电压图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步描述。本专利技术提供一种基于耦合电感和升压电容的软开关高增益直流变换器。首先，本专利技术通过基于耦合电感的倍压结构，实现了较高电压增益，并降低了所有开关管和二极管的电压应力。同时，本专利技术所述的变换器结构在保证电源输入电流较低纹波的同时，可使电流正负交替通过耦合电感，防止耦合电感出现偏磁电流饱和问题，保证了变换器整体结构稳定安全。最后，本专利技术加入有源钳位软开关结构，使所有开关管实现软开关，降低系统损耗，提升系统效率。本专利技术设计了如图1所示的一种基于耦合电感和升压电容的软开关高增益直流变换器。该变换器引入耦合电感和升压电容电路两种升压结构，极大的提高了拓扑的升压增益，同时还具有低输入电流纹波、器件低电压应力和开关管实现软开关等优点。具体方案如下：一种基于耦合电感和升压电容的软开关高增益直流变换器，包括输入电源Vin，滤波单元、升压单元和负载单元R；所述的滤波单元包括滤波电感L1和滤波电容C1；所述的升压单元包括耦合电感第一线圈L2、辅助电感L3、耦合电感第二线圈L4、主开关管Q1、辅助开关管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、寄生电容Cs；所述的输入电源Vin、滤波电感L1、耦合电感第一线圈L2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第五电容C5、耦合电感第二线圈L4依次连接，串联成闭合回路；所述的滤波电感L1一侧与输入电源Vin的正极连接，另一侧与耦合电感第一线圈L2的同名端连接；所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于耦合电感和升压电容的软开关高增益直流变换器，其特征在于：包括输入电源V

【技术特征摘要】
1.一种基于耦合电感和升压电容的软开关高增益直流变换器，其特征在于：包括输入电源Vin，滤波单元、升压单元和负载单元R；所述的滤波单元包括滤波电感L1和滤波电容C1；所述的升压单元包括耦合电感第一线圈L2、辅助电感L3、耦合电感第二线圈L4、主开关管Q1、辅助开关管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、寄生电容Cs；
所述的输入电源Vin、滤波电感L1、耦合电感第一线圈L2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第五电容C5、耦合电感第二线圈L4依次连接，串联成闭合回路；所述的滤波电感L1一侧与输入电源Vin的正极连接，另一侧与耦合电感第一线圈L2的同名端连接；所述的耦合电感第一线圈L2的异名端与第三二极管D3的阳极连接，第三二极管D3的阴极与第四二极管D4的阳极连接，第四二极管D4的阴极与第五二极管D5的阳极连接，第五二极管D5的阴极与第五电容C5的正极连接，第五电容C5的负极与耦合电感第二线圈L4的同名端连接，耦合电感第二线圈L4的异名端与输入电源Vin的负极连接；
所述的滤波电容C1的正极连接在滤波电感L1与耦合电感第一线圈L2之间，滤波电容C1的负极分别与输入电源Vin的负极和主开关管Q1的源极连接；所述的主开关管Q1的漏极与耦合电感第一线圈L2的异名端连接；所述的第一二极管D1并联在主开关管Q1的两端，第一二极管D1的阴极与主开关管Q1的漏极连接，第一二极管D1的阳极与主开关管Q1的源极连接；所述的寄生电容Cs并...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟繁荣，边笑宇，游江，巩冰，吴悠，杨天奇，徐警中，朱春雨，宋子博，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23