一种低输入电流纹波高增益软开关直流变换器制造技术

本发明专利技术涉及一种低输入电流纹波高增益软开关直流变换器。包括输入端口，负载端口，第一开关管、第二开关管，第一二极管、第二二极管、第三二极管，输入电感、耦合电感，第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容及负载；通过对两个开关管的互补控制，可以实现两个开关管的零电压导通和三个二极管的零电流关断。本发明专利技术的低输入电流纹波高增益软开关直流变换器具有电压增益高、输入电流纹波小、变换效率高、开关管电压应力小等优点，非常适合于非隔离的可再生能源发电系统。隔离的可再生能源发电系统。隔离的可再生能源发电系统。

【技术实现步骤摘要】
一种低输入电流纹波高增益软开关直流变换器


[0001]本专利技术涉及电力电子
，特别涉及一种低输入电流纹波高增益软开关直流变换器。

技术介绍

[0002]能源是整个人类社会发展与进步的物质基础和动力来源，随着传统化石能源的日益枯竭，以及它所造成的环境污染和全球变暖等问题日益严重，新能源的开发和利用越来越受到人们的重视。目前，应用较多的新能源发电方式主要有光伏发电、燃料电池发电等，具有资源分布广、开发潜力大、环境影响小、可持续利用的特点，已成为世界各国关注和研究的热点。
[0003]由于单体光伏电池的直流输出电压等级较低，无法满足并网逆变器直流侧的电压等级要求，因此需要在发电系统的直流母线侧前端增加高升压比直流变换器来提升电压等级，确保发电系统将产生的电能注入到电网中。因此，高增益直流变换器越来越受到国内外研究学者的关注。
[0004]传统的高增益直流变换器通常通过调整耦合电感的匝比来实现各种升压功能，但是，单纯依靠调整耦合电感的匝比来实现升压存在以下问题：开关器件的电压应力高，耦合电感漏感引起的电压尖峰会增加开关管或二极管的电压应力，进一步加剧了开关器件的应力，并导致严重的电磁干扰问题，而且开关管通常为硬开关，降低了变换器的效率。
[0005]同时，对于光伏、燃料电池等新能源，升压变换器的输入电流纹波不仅会影响发电效率，而且还将影响它们的使用寿命，因此，研究低电流纹波、高电压增益、低电压应力、高效率的升压变换器具有重要意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种低输入电流纹波高增益软开关直流变换器，具有电压增益高、输入电流纹波小、变换效率高、开关管电压应力小等优点，非常适合于非隔离的可再生能源发电系统。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种低输入电流纹波高增益软开关直流变换器，包括输入端口，负载端口，第一开关管、第二开关管，第一二极管、第二二极管、第三二极管，输入电感、耦合电感，第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容及负载；所述输入端口的正极经输入电感与耦合电感原边的一端、第一电容的一端、第一开关管的漏极连接，输入端口的负极与第一开关管的源极、第二电容的一端、第五电容的一端、负载端口的负极连接，第一电容的另一端与第二开关管的源极、第三二极管的阴极连接，第二开关管的漏极与第五电容的另一端、负载端口的正极连接，第二电容的另一端与耦合电感原边的另一端、第三电容的一端、第一二极管的阳极连接，第三电容的另一端与耦合电感副边的一端、第二二极管的阳极连接，第四电容的一端与第二二极管的阴极、第三二极管的阳极连接，第四电容的另一端与耦合电感副边的另一端、第一二极管的阴极连接。
[0008]在本专利技术一实施例中，通过对两个开关管的互补控制，实现两个开关管的零电压导通和三个二极管的零电流关断。
[0009]在本专利技术一实施例中，第一开关管S1和第二开关管S2互补导通且留有死区时间，利用在死区时间内耦合电感的漏感与S1、S2的结电容C
s1
、C
s2
发生谐振实现S1的零电压软开关；利用输入电感、耦合电感的漏感与S1、S2的结电容C
s1
、C
s2
发生谐振实现S2的零电压软开关，因此两个开关管均可实现零电压开通，且由于耦合电感漏感的存在，所有二极管均可实现零电流关断。
[0010]在本专利技术一实施例中，所述高增益直流变换器的电压增益为其中，D为第一开关管导通占空比，N为耦合电感副边匝数与原边匝数的比值，V
o
为输出电压，V
in
为输入电压。
[0011]在本专利技术一实施例中，耦合电感可以等效为励磁电感L
m
和理想变压器原边并联，并与耦合电感的漏感L
k
串联，耦合电感原副边匝数分别为N
p
和N
s
。
[0012]相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术低输入电流纹波高增益软开关直流变换器利用耦合电感和电容二极管升压网络提高了电压增益，利用辅助开关管控制耦合电感的漏感与开关管结电容的谐振过程实现了主开关管和辅助开关管的零电压导通以及二极管的零电流关断，具有电压增益高、输入电流纹波小、变换效率高、开关管电压应力小和可靠性高等优点。
附图说明
[0013]图1为本专利技术低输入电流纹波高增益软开关直流变换器原理图
[0014]图2为主要工作波形。
[0015]图3为各模态等效电路图。
[0016]图4为开关管驱动和漏源电压仿真波形。
[0017]图5为开关管和电感电流仿真波形。
[0018]图6为各电容电压仿真波形。
具体实施方式
[0019]下面结合附图，对本专利技术的技术方案进行具体说明。
[0020]本专利技术一种低输入电流纹波高增益软开关直流变换器，包括输入端口，负载端口，第一开关管、第二开关管，第一二极管、第二二极管、第三二极管，输入电感、耦合电感，第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容及负载；所述输入端口的正极经输入电感与耦合电感原边的一端、第一电容的一端、第一开关管的漏极连接，输入端口的负极与第一开关管的源极、第二电容的一端、第五电容的一端、负载端口的负极连接，第一电容的另一端与第二开关管的源极、第三二极管的阴极连接，第二开关管的漏极与第五电容的另一端、负载端口的正极连接，第二电容的另一端与耦合电感原边的另一端、第三电容的一端、第一二极管的阳极连接，第三电容的另一端与耦合电感副边的一端、第二二极管的阳极连接，第四电容的一端与第二二极管的阴极、第三二极管的阳极连接，第四电容的另一端与耦合电感副边的另一端、第一二极管的阴极连接；通过对两个开关管的互补控制，实现两个开关管的
零电压导通和三个二极管的零电流关断。
[0021]以下为本专利技术具体实现过程。
[0022]如图1所示，本专利技术一种低输入电流纹波高增益软开关直流变换器电路结构：包括输入端口、一个电感、一个耦合电感、两个开关管、以及由三个二极管和五个电容组成。
[0023]主开关管S1和辅助开关管S2互补导通且留有死区时间，利用在死区时间内耦合电感的漏感与开关管S1、S2的结电容C
s1
、C
s2
发生谐振实现开关管S1的零电压软开关；利用输入电感、耦合电感的漏感与开关管S1、S2的结电容C
s1
、C
s2
发生谐振实现开关管S2的零电压软开关，因此两个开关管均可实现零电压开通，且由于耦合电感漏感的存在，所有二极管均可实现零电流关断，从而解决了二极管的反向恢复问题。软开关的实现使得耦合电感漏感能量可以得到有效利用，从而降低了开关管的电压应力，可以选择低耐压等级的功率管降低变换器的成本，提高了变换器的效率。
[0024]本专利技术的高增益直流变换器的电压增益为远高于传统升压变换器(Boost变换器)的电压增益M＝1/(1
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低输入电流纹波高增益软开关直流变换器，其特征在于，包括输入端口，负载端口，第一开关管、第二开关管，第一二极管、第二二极管、第三二极管，输入电感、耦合电感，第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容及负载；所述输入端口的正极经输入电感与耦合电感原边的一端、第一电容的一端、第一开关管的漏极连接，输入端口的负极与第一开关管的源极、第二电容的一端、第五电容的一端、负载端口的负极连接，第一电容的另一端与第二开关管的源极、第三二极管的阴极连接，第二开关管的漏极与第五电容的另一端、负载端口的正极连接，第二电容的另一端与耦合电感原边的另一端、第三电容的一端、第一二极管的阳极连接，第三电容的另一端与耦合电感副边的一端、第二二极管的阳极连接，第四电容的一端与第二二极管的阴极、第三二极管的阳极连接，第四电容的另一端与耦合电感副边的另一端、第一二极管的阴极连接。2.根据权利要求1所述的一种低输入电流纹波高增益软开关直流变换器，其特征在于，通过对两个开关管的互补控制，实现两...

【专利技术属性】
技术研发人员：林国庆，王建，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：