一种基于耦合电感的海上风电高增益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海上风电高增益DC/DC变换器，其直流输入电源分别与耦合电感原边同名端、开关管、第一、四、六、八电容、第二二极管连接；其耦合电感原边异名端分别与耦合电感副边异名端、开关管、第一二极管、第二、三、五电容连接；其耦合电感副边同名端与第八电容连接；其第一、三二极管分别与第一电容连接；其第三、六二极管分别与第三电容连接；其第六、七二极管分别与第六电容连接；其第二、四二极管分别与第二电容连接；其第四、五二极管分别与第四电容连接；其第五二极管分别与第五、七电容连接；其第七二极管与第七电容连接；其第七电容连接负载电阻。本发明专利技术具有零输入电流纹波、高电压增益、低电压应力等优点。低电压应力等优点。低电压应力等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于耦合电感的海上风电高增益DC/DC变换器


[0001]本专利技术涉及海上风电直流升压变换的
，尤其是指一种基于耦合电感的海上风电高增益DC/DC变换器。

技术介绍

[0002]随着海上风电向远海、深海发展，一系列新的技术难题急需得到解决。有研究指出当离岸距离超过70公里时，相比传统的交流传输，柔性直流传输更具经济型和可靠性。然而由风机输出的电压很低，无法满足长距离高压直流传输的要求，因此需要高增益DC/DC变换器抬升其输出电压至较高等级才能保证风电系统的正常工作。由于风机平台建造在海上，为了降低安装成本及难度，需尽可能减小变换器的体积与重量。同时由于风机产生的是交流电，为了实现高压直流传输，需要将风机输出的交流电整流成直流电，且为了保证后续电压传输的稳定性，需要尽可能降低整流后直流输出的纹波。传统的解决方案是使用电解电容进行滤波，但当纹波率要求较高时所需的电解电容容值较大，这会进一步增加体积及重量。针对以上所述问题，研究具有零输入电流纹波的开关电容型高增益DC/DC变换器对海上风电的发展有着重要意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于针对海上风电高压直流传输所需DC/DC变换器遇到的一些技术难题，提出了一种结构合理、使用单开关管、体积更小、能够实现零输入电流纹波的基于耦合电感的海上风电高增益DC/DC变换器。
[0004]为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：一种基于耦合电感的海上风电高增益DC/DC变换器，包括直流输入电源、耦合电感、开关管、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第七二极管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容和第八电容；所述直流输入电源的正极与耦合电感原边的同名端连接，负极分别与开关管的源极、第一电容的负极、第四电容的正极、第六电容的负极、第八电容的负极、第二二极管的阴极连接；所述耦合电感原边的异名端分别与副边的异名端、开关管的漏极、第一二极管的阳极、第三电容的负极、第二电容的正极、第五电容的正极连接；所述耦合电感副边的同名端与第八电容的正极连接；所述第一二极管的阴极、第三二极管的阳极分别与第一电容的正极连接；所述第三二极管的阴极、第六二极管的阳极分别与第三电容的正极连接；所述第六二极管的阴极、第七二极管的阳极分别与第六电容的正极连接；所述第二二极管的阳极、第四二极管的阴极分别与第二电容的负极连接；所述第四二极管的阳极、第五二极管的阴极分别与第四电容的负极连接；所述第五二极管的阳极分别与第五电容的负极、第七电容的负极连接；所述第七二极管的阴极与第七电容的正极连接；所述第七电容的正、负极连接负载电阻两端。
[0005]进一步，所述耦合电感的原副边绕组的匝比为1:n。
[0006]进一步，所述耦合电感用励磁电感、漏感以及并接在励磁电感两端的理想变压器
来进行描述，该理想变压器匝比n＝N
s
/N
p
，式中，N
p
为理想变压器的原边匝数，N
s
为理想变压器的副边匝数。
[0007]进一步，所述漏感与励磁电感的关系为L
k
′
＝n(1
‑
n)L
m
′
，式中，L
k
′
为漏感感值，L
m
′
为励磁电感感值。
[0008]本专利技术与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
[0009]1、本变换器电压增益M为选择合适的占空比D即可得到高电压增益。
[0010]2、本变换器输入电流纹波为零，避免了大体积电解电容的使用，同时还提高了海上长距离高压直流传输过程的稳定性。
[0011]3、仅使用单个开关管，驱动信号简单且易于控制，可以节约系统搭建成本，同时降低了后期的维护难度。
[0012]4、本变换器采用开关电容结构来提高输出电压，可以大幅减小变换器的体积与重量，更适用于海上风电直流升压变换场合。
附图说明
[0013]图1为本专利技术高增益DC/DC变换器的电路图。
[0014]图2为本专利技术高增益DC/DC变换器的等效电路图。
[0015]图3为电路在一个开关周期中主要元件的电压电流波形图。
[0016]图4a为电路在一个开关周期内的电路模态图之一。
[0017]图4b为电路在一个开关周期内的电路模态图之二。
[0018]图5为输入直流电压和输出直流电压的仿真波形图。
[0019]图6为开关管漏源极两端电压的仿真波形图。
[0020]图7为七个二极管阴阳极两端电压的仿真波形图。
[0021]图8为流过耦合电感励磁电感与漏感电流的仿真波形图。
[0022]图9为输入电流的仿真波形图。
具体实施方式
[0023]下面结合具体实施案例对本专利技术作进一步说明。
[0024]参见图1所示，本实施例提供了一种基于耦合电感的海上风电高增益 DC/DC变换器，包括直流输入电源DC、耦合电感L、开关管S、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、第六二极管D6、第七二极管D7、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容 C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7和第八电容C8；所述直流输入电源DC的正极与耦合电感L原边的同名端连接，负极分别与开关管S的源极、第一电容C1的负极、第四电容C4的正极、第六电容C6的负极、第八电容C8的负极、第二二极管D2的阴极连接；所述耦合电感L原边的异名端分别与副边的异名端、开关管S的漏极、第一二极管D1的阳极、第三电容C3的负极、第二电容C2的正极、第五电容C5的正极连接；所述耦合电感L副边的同名端与第八电容C8的正极连接；所述第一二极管D1的阴极、第三二极管D3的阳极分别与第一电容C1的正极连接；所述第三二极管D3的阴极、第六二极管D6的阳极分别与第三电容C3的正极连接；所述第六二极管D6的阴极、第七二极管 D7的阳极分别与第六电容C6的正极连接；
所述第二二极管D2的阳极、第四二极管D4的阴极分别与第二电容C2的负极连接；所述第四二极管D4的阳极、第五二极管D5的阴极分别与第四电容C4的负极连接；所述第五二极管D5的阳极分别与第五电容C5的负极、第七电容C7的负极连接；所述第七二极管D7的阴极与第七电容C7的正极连接；所述第七电容C7的正、负极连接负载电阻R
Load
两端。所述变换器仅需使用一个开关管，驱动信号简单且易于控制；所述耦合电感L原副边绕组的匝比为1:n。
[0025]图2给出了上述DC/DC变换器的等效电路图，其中耦合电感L用其等效电路模型(励磁电感、漏感与一个理想变压器的组合)来代替，L
m
为耦合电感L的励磁电感，L
k
为耦合电感L的漏感，理想变压器的原副边匝比为1:n。
[0026]本实施例上述的基于耦合电感本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于耦合电感的海上风电高增益DC/DC变换器，其特征在于：包括直流输入电源(DC)、耦合电感(L)、开关管(S)、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)、第六二极管(D6)、第七二极管(D7)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第四电容(C4)、第五电容(C5)、第六电容(C6)、第七电容(C7)和第八电容(C8)；所述直流输入电源(DC)的正极与耦合电感(L)原边的同名端连接，负极分别与开关管(S)的源极、第一电容(C1)的负极、第四电容(C4)的正极、第六电容(C6)的负极、第八电容(C8)的负极、第二二极管(D2)的阴极连接；所述耦合电感(L)原边的异名端分别与副边的异名端、开关管(S)的漏极、第一二极管(D1)的阳极、第三电容(C3)的负极、第二电容(C2)的正极、第五电容(C5)的正极连接；所述耦合电感(L)副边的同名端与第八电容(C8)的正极连接；所述第一二极管(D1)的阴极、第三二极管(D3)的阳极分别与第一电容(C1)的正极连接；所述第三二极管(D3)的阴极、第六二极管(D6)的阳极分别与第三电容(C3)的正极连接；所述第六二极管(D6)的阴极、第七二极管(D7)的阳极分别与第六电容(C6)的正极连接；所述第二二极管(D2)的阳极、第四二极管(D4)的阴极分别与第二电容(C2)的负极连接；所述第四二极管(D4)的阳极、第五二极管(D5)的阴极分别与第四电容(C4)的负极连接；所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘俊峰，李诹，杨柠瑞，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：