一种基于耦合电感的高增益DC-DC变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于耦合电感的高增益DC

【技术实现步骤摘要】
一种基于耦合电感的高增益DC
‑
DC变换器


[0001]本专利技术涉及一种基于耦合电感的高增益DC
‑
DC变换器。

技术介绍

[0002]DC
‑
DC转换器是转变输入电压并有效输出固定电压的电压转换器，一个优秀的变换器需要具备高电压增益、低开关电压应力和高效率转换的特点。对于传统的隔离型DC
‑
DC变换器，如反激变换器、半桥变换器、全桥变换器来说，为达到高电压增益，需要将变压器匝比和开关管的占空比加大，然而大的匝比会导致漏感变大，从而使得变换器的效率降低且体积变大，另外，大的占空比还会引起开关管的导通损耗增加，进一步加剧变换器的损耗。
[0003]在光伏发电和燃料电池应用中，对输入输出的电气隔离并不是必要的，因此传统的boost变换器可以成为一种选择，因为该变换器结构简单，损耗低，然而要实现高增益的情况下，需要将占空比增大，这样同样导致开关管导通损耗增加，输出二极管的反向恢复损耗增大，此外还会产生大的电磁干扰和大的输入电流纹波。开关管的电压应力和输出电压应力相同，输出电压越高，开关管的耐压等级就需要越高，伴随而来的则是大的导通电阻，进一步增加开关管的导通损耗。
[0004]为了解决以上问题，开关电容(SC)和开关电感(SL)变换器相应被提出，这些变换器可以在小占空比情况下实现高电压增益，但是开关电容变换器中的半导体器件的电流应力太高，开关电感变换器中的半导体器件的电压应力太高，这些都将使得系统的转换效率降低。为了解决以上问题，耦合电感变换器相继被提出，耦合电感变换器具备吸收漏感能量的特点，可以通过调整匝比和占空比来实现高电压增益，通过匝比合理选择，可以避免出现极限占空比的使用。但是，现有的耦合电感变换器使用器件多、电路的损耗高导致变换器的工作效率也低。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术提供一种基于耦合电感的高增益DC
‑
DC变换器，使其在合理的耦合电感的匝比的情况下，选择适当的占空比，能够获得较高的电压增益，同时电路结构中使用器件较少、工作效率高、故障率低、实际应用也行之有效。
[0006]为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0007]一种基于耦合电感的高增益DC
‑
DC变换器，包括并联的boost升压电路和电压倍增电路：
[0008]所述boost升压电路包括电感L、箝位电路、开关管S和电容C2，所述电感L的一端与电源V
g
的正极相连，所述电感L的另一端与箝位电路相连，所述箝位电路分别与开关管S的漏极、电容C2的阳极、电压倍增电路相连，开关管S的源极和电容C2的阴极分别与电源V
g
的负极相连；
[0009]所述电压倍增电路的输出端之间依次串联有二极管D4和输出电容C
o
，所述输出电容C
o
的两端用于并联负载R
L
且为负载R
L
供电。
[0010]优选，所述箝位电路包括电容C1、二极管D1、耦合电感原边N
p
、励磁电感L
m
和电感L
k
，所述电容C1的阴极与电感L相连，所述电容C1和电感L的公共端分别与二极管D1的阳极、开关管S的漏极相连，所述二极管D1的阴极分别与电容C2的阳极、电感L
k
的一端相连，电感L
k
的另一端和耦合电感原边N
p
的同名端相连，耦合电感原边N
p
的异名端与电容C1的阳极相连，所述励磁电感L
m
与耦合电感原边N
p
并联。
[0011]优选，所述电压倍增电路包括耦合电感副边N
s
、二极管D2、二极管D3、电容C3和电容C4，所述耦合电感副边N
s
的同名端与电容C1的阳极相连，耦合电感副边N
s
的异名端分别与二极管D3的阳极、电容C3的阳极相连，所述二极管D3的阴极分别与二极管D4的阳极、电容C4的阳极相连，电容C3的阴极与二极管D2的阳极相连，二极管D2的阴极与电源V
g
的负极相连，电容C4的阴极与二极管D1的阴极相连。
[0012]优选，所述二极管D4的阴极与电容C
o
的阳极相连，电容C
o
的阴极与二极管D2的阳极相连。
[0013]优选，所述电容C
o
、C1、C2、C3和C4均为电解电容。
[0014]优选，所述开关管S为N沟道增强型MOS场效应管。
[0015]优选，所述开关管S的占空比D取值为0.38
‑
0.43。
[0016]优选，耦合电感的原副边的耦合系数k取值为0.16
‑
0.2。
[0017]本专利技术的有益效果是：
[0018]本专利技术的DC
‑
DC变换器是一款主要基于Sepic的带耦合电感的高增益变换器，该变换器能够实现更高增益的同时降低电路的损耗，开关管包含箝位回路，能够吸收漏感能量。具有高电压增益、输入电流连续、避免损害电源以及方便实现最大功率点跟踪(MPPT)、开关管和二极管的电压应力低等诸多优点，在提高系统的转换效率的同时降低系统的制作成本，漏感能量能够被回收利用可进一步提高系统的效率，在小的占空比的情况下实现高电压增益。
附图说明
[0019]图1是本专利技术基于耦合电感的高增益DC
‑
DC变换器电路原理示意图；
[0020]图2是本专利技术开关管导通时的等效电路示意图；
[0021]图3是本专利技术开关管关断时的等效电路示意图。
具体实施方式
[0022]下面结合附图和具体的实施例对本专利技术技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。
[0023]本专利技术与现有的DC
‑
DC升压变换器电路拓扑结构相比，利用改进后的新型耦合电感单元，通过调节耦合电感绕组的匝数比，避免了极限占空比的出现，实现了小占空比条件下获得高升压增益的理想目的，利用设计的耦合电感绕组的连接方式，减少了电路的电压应力，减少了电磁干扰、增加了电路结构的可靠性。且本专利技术的DC
‑
DC变换器拓扑结构整体设计合理、使用安全、操作简单，具有较大的应用潜力，使用的器件较少、设计成本低，减少了器件损耗，提高了电路的工作效率，基本上达到了设计要求的理想效果。具体结构如图1
所示，一种基于耦合电感的高增益DC
‑
DC变换器，包括并联的boost升压电路(Boost stage)和电压倍增电路(voltage multiplier cell，VMC)。
[0024]所述boost升压电路包括电感L、箝位电路(clamp circuit本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于耦合电感的高增益DC
‑
DC变换器，其特征在于，包括并联的boost升压电路和电压倍增电路：所述boost升压电路包括电感L、箝位电路、开关管S和电容C2，所述电感L的一端与电源V
g
的正极相连，所述电感L的另一端与箝位电路相连，所述箝位电路分别与开关管S的漏极、电容C2的阳极、电压倍增电路相连，开关管S的源极和电容C2的阴极分别与电源V
g
的负极相连；所述电压倍增电路的输出端之间依次串联有二极管D4和输出电容C
o
，所述输出电容C
o
的两端用于并联负载R
L
且为负载R
L
供电。2.根据权利要求1所述的一种基于耦合电感的高增益DC
‑
DC变换器，其特征在于，所述箝位电路包括电容C1、二极管D1、耦合电感原边N
p
、励磁电感L
m
和电感L
k
，所述电容C1的阴极与电感L相连，所述电容C1和电感L的公共端分别与二极管D1的阳极、开关管S的漏极相连，所述二极管D1的阴极分别与电容C2的阳极、电感L
k
的一端相连，电感L
k
的另一端和耦合电感原边N
p
的同名端相连，耦合电感原边N
p
的异名端与电容C1的阳极相连，所述励磁电感L
m
与耦合电感原边N
p
并联。3.根据权利要求2所述的一种基于耦合电感的高增益DC
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：金涛，李海滨，
申请(专利权)人：镇江金能电力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：