一种非隔离式的单开关高增益直流变换器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种非隔离式的单开关高增益直流变换器及其控制方法，属于变换器技术领域。本发明专利技术中电感L

【技术实现步骤摘要】
一种非隔离式的单开关高增益直流变换器及其控制方法


[0001]本专利技术涉及电力电子变换器
，尤其涉及一种非隔离式的单开关高增益直流变换器及其控制方法。

技术介绍

[0002]近些年来，随着能源危机的日益严重，以及传统能源引发的环境问题，迫切使人们开发新能源，如太阳能、风能、燃料电池等能源的开发和利用越来越受到关注。然而，燃料电池等输出电压较低且不稳定，需要一些装置进行升压处理，因此，开发高效、稳定、可靠、功率密度高的变换器，具有很大的现实意义。
[0003]在不间断电源、新能源发电和新能源汽车等应用场合中，都需要将电压等级较低的直流电源转换成所需要的电压等级较高的电源供设备使用，增益高、性能好的DC/DC变换器应用广泛。传统的Boost变换器升压能力较弱，电压增益为1/(1
‑
d)，虽然理论上通过改变占空比电压增益可以达到无穷大，但在实际状况下，由于器件寄生参数的影响，在实现较大占空比(大于0.8)时，其转换效率严重下降，很难达到较高电压增益。正激变换器和反激变换器可以通过调节匝比实现高电压增益，但是变压器的漏磁会导致开关管关断时出现较大的电压尖峰，而且漏磁能量没有被有效利用，能量损失较多，而且需要使用变压器隔离，增大了变换器尺寸，降低了能量密度，以上几种变换器均不适用低输入高输出场合。
[0004]经检索，专利申请号为201910179523.X的专利，公开了一种双开关高升压比直流变换器，该申请案直流输入电源的正极分别与第一电感的一端、第二电感的一端连接，直流输入电源的负极分别与第一开关管的一端、第二开关管的一端、第五二极管的阴极连接，第一电感的另一端与第二电容的负极、第一开关管的另一端连接，第二电感的另一端与第四电容的负极、第五电容的正极、第二二极管的阳极、第二开关管的另一端连接，第二电容的正极与第二二极管的阴极、第三二极管的阳极、第三电容的负极连接，第三二极管的阴极与第四二极管的阳极、第四电容的正极连接，第三电容的正极与第一二极管的阳极、第四二极管的阴极连接，第一二极管的阴极与第一电容的正极、负载的一端连接，第一电容的负极、负载的另一端与第五电容的负极、第五二极管的阳极连接。该申请案具有较高的升压变比，且开关管电压应力小，适合于非隔离可再生能源发电系统。但该申请案电路结构相对复杂，器件尺寸较大，能量损失较多。
[0005]此外，专利号为201310423314.8，名称为一种单开关高增益升压变换器，专利号为201310628515.1，名称为一种单开关高增益升压DC/DC变换器，上述申请案也公开了采用单开关结构进行高增益直流变换的方案，但上述方案采用较多电感来实现整个方案，电感损耗较大。

技术实现思路

[0006]1.专利技术要解决的技术问题
[0007]为了克服以上技术问题，针对现有的DC/DC直流变换技术，本专利技术提供了一种新的
非隔离式的单开关高增益直流变换器。使用本专利技术提供的技术方案，提高电压增益，电压增益可在占空比0<d<1范围内工作，降低开关管的电压应力，可以实现较高的转换效率，同时减小器件尺寸，提高了变换器的功率密度。
[0008]2.技术方案
[0009]为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：
[0010]本专利技术的一种非隔离式的单开关高增益直流变换器，在Boost变换器的基础上，加入两个二极管，两个电容，得到两种不同形式的Boost变换器；两种不同形式的Boost变换器输入侧共用同一个电感和功率开关管，输出侧采用电容串联的方式连接负载。
[0011]更进一步地，所述的非隔离式的单开关高增益直流变换器，包括功率开关管S，电感L
in
，电容C1、C2、C3，二极管D1、D2、D3；其中：
[0012]电感L
in
的一端与电源正极相连接，另一端分别与功率开关管S的端子1、二极管D1阳极、电容C1的一端相连；
[0013]功率开关管S的端子2分别与电源负极、二极管D2阴极相连；电容C1的另一端连接二极管D2的阳极、二极管D3的阴极；
[0014]电容C2、C3串联，且电容C2的一端分别连接二极管D1的阴极和负载R
o
的一端，电容C3的另一端分别连接二极管D3的阳极和负载R
o
的另一端；
[0015]二极管D2的阴极连接于电容C1、C2的中点。
[0016]更进一步地，所述功率开关管S驱动信号的占空比为0<d<1。
[0017]更进一步地，变换器在整个占空比0<d<1变化周期范围内，电压增益为：
[0018][0019]更进一步地，变换器在整个占空比0<d<1变化周期范围内，功率开关管S的电压应力为：
[0020][0021]二极管D1～D3的电压应力为：
[0022][0023]其中，V
o
为输出电压。
[0024]更进一步地，所述的功率开关管S为IGBT管或MOSEFET管。
[0025]本专利技术的一种非隔离式的单开关高增益直流变换器控制方法，在t＝0时刻，控制功率开关管S导通，输入端电源直接加在输入电感L
in
两端，电源对电感L
in
进行充电，二极管D1、D2因承受反向电压而被关断，电感L
in
上的电流线性上升，电容C1经过功率开关管S和二极管D3对电容C3进行充电；
[0026]在t＝t1时，控制功率开关管S关断，二极管D3因承受反向电压而被关断，D1、D2正向导通，电感L
in
的电流开始从最大值线性下降，此时电源电压V
in
和电感L
in
分别通过二极管D1、D2给电容C2、C1充电。
[0027]3.有益效果
[0028]采用本专利技术提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
[0029](1)本专利技术的一种非隔离式的单开关高增益直流变换器，输入端与输出端直接相
连，没有采用变压器隔离，采用此种非隔离式电路结构设计，不会出现因漏感问题降低转换器效率，也不会产生峰值电压，和电磁干扰问题。
[0030](2)本专利技术的一种非隔离式的单开关高增益直流变换器，采用无变压器的单电感结构，无需采用附加箝位电路或吸收电路来吸收漏感能量，简化了电路结构，减小了电感损耗。
[0031](3)本专利技术的一种非隔离式的单开关高增益直流变换器，采用功率开关管结构，仅有两个工作模态，减小了开关管的损耗。
[0032](4)本专利技术的一种非隔离式的单开关高增益直流变换器，与传统的Boost变换器相比，增加了两个电容和两个二极管，电压增益却增加了1倍，保持简单控制电路的同时，电压高增益也有所提高，同时开关管电压应力也较低，减小了器件尺寸，提高了变换器功率密度。
[0033](5)本专利技术的一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非隔离式的单开关高增益直流变换器，其特征在于：在Boost变换器的基础上，加入两个二极管，两个电容，得到两种不同形式的Boost变换器；两种不同形式的Boost变换器输入侧共用同一个电感和功率开关管，输出侧采用电容串联的方式连接负载。2.根据权利要求1所述的一种非隔离式的单开关高增益直流变换器，其特征在于：包括功率开关管S，电感L
in
，电容C1、C2、C3，二极管D1、D2、D3；其中：电感L
in
的一端与电源正极相连接，另一端分别与功率开关管S的端子1、二极管D1阳极、电容C1的一端相连；功率开关管S的端子2分别与电源负极、二极管D2阴极相连；电容C1的另一端连接二极管D2的阳极、二极管D3的阴极；电容C2、C3串联，且电容C2的一端分别连接二极管D1的阴极和负载R
o
的一端，电容C3的另一端分别连接二极管D3的阳极和负载R
o
的另一端；二极管D2的阴极连接于电容C1、C2的中点。3.根据权利要求2所述的一种非隔离式的单开关高增益直流变换器，其特征在于：所述功率开关管S驱动信号的占空比为0<d<1。4.根据权利要求3所述的一种非隔离式的单开关高增益直流变换器，其特征在于：变...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡雪峰，余振海，徐晗，张乔，杜益冕，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：