一种改进的直流升压斩波电路及升压器制造技术

本实用新型专利技术提出了一种改进的直流升压斩波电路及升压器，涉及电力电子变换的技术领域，在直流输入电源与第一功率开关管之间加入二次型升压单元，电压增益相较于传统的直流升压斩波电路，能以平方级进行提升，在第一功率开关管与输出单元之间加入开关电容及有源钳位单元，进一步提升电压增益的同时抑制功率开关管的电压尖峰，减小功率开关管承受的电压应力，以有源钳位代替无源钳位，克服电压转换效率低的缺陷，整体上实现高增益、高效率的电压转换。转换。转换。

【技术实现步骤摘要】
一种改进的直流升压斩波电路及升压器


[0001]本技术涉及电力电子变换的
，更具体地，涉及一种改进的直流升压斩波电路及升压器。

技术介绍

[0002]随着环境污染问题及能源危机的日渐加剧，可再生新能源发电已是大势所趋。在可再生新能源发电中，光伏发电、小型风力发电及小型波浪能发电具有很好的发展前景，但上述发电技术都面临着输出电压低、转换效率低，不能直接并网或供给负载使用的问题。
[0003]直流升压斩波电路是一种将直流电变换成另一种固定电压或可调电压的直流
‑
直流变换器，可以将单一的、不稳定的直流输入电压变换成所需要的稳定的、不同电压等级的直流供电压，在需要升压的新能源发电领域也得到了广泛的应用，传统直流升压斩波电路的电路结构图可参见图1，其中，直流输入电源V
in
、输入电感L为直流升压斩波电路的输入单元，中间有一个功率开关管S，功率二极管D、电容C
o
、负载R
o
组成直流升压斩波电路的输出单元。理论上传统直流升压斩波电路可以达到无穷大的电压转换比，但实际上，在极端的占空比下，开关器件应力会大幅上升，由于开关器件的高电压应力，传统的电路必须承受比较高的开关损耗和二极管反向恢复损耗，因此，传统变换器的电压转换比、转换效率和功率处理能力受到严重限制，也无法提供合适的电压增益。
[0004]现有技术中公开了一种具有耦合电感的非隔离倍压高增益的改进的直流升压斩波电路，该电路利用二次型升压单元和倍压单元提高电压增益，同时利用无源缓冲单元，降低电路中开关管的应力。但无源缓冲电路在转换效率方面效果欠佳，因此效率难以提升。

技术实现思路

[0005]为解决当前的直流升压斩波电路无法协调兼顾开关器件的电压应力和转换效率的问题，本技术提出了一种改进的直流升压斩波电路及升压器，在传统直流升压斩波电路中引入软开关及耦合电感，降低功率开关管电压应力及在开关过程中的损耗，在合适占空比范围内实现高增益、高效率的电压转换。
[0006]为解决上述技术问题，本技术的技术方案如下：
[0007]一种改进的直流升压斩波电路，包括：直流输入电源V
in
、二次型升压单元、第一功率开关管S1、开关电容及有源钳位单元、输出单元；所述直流输入电源V
in
连接二次型升压单元的输入端，二次升压单元的输出端分别连接第一功率开关管S1的漏极、开关电容及有源钳位单元的输入端，开关电容及有源钳位单元的第一输出端a连接输出单元的一端，开关电容及有源钳位单元的第二输出端b连接输出单元的另一端，且与第一功率开关管S1的源极、直流输入电源V
in
的负极一起均接地。
[0008]本技术方案提出的改进的直流升压斩波电路在直流输入电源与第一功率开关管之间加入二次型升压单元，电压增益相较于传统的直流升压斩波电路，能以平方级进行提升，在第一功率开关管与输出单元之间加入开关电容及有源钳位单元，进一步提升电压增
益的同时抑制功率开关管的电压尖峰，减小功率开关管承受的电压应力，以有源钳位代替无源钳位，克服电压转换效率低的缺陷，整体上实现高增益、高效率的电压转换。
[0009]优选地，所述二次型升压单元包括：输入电感L1、第一电容C1、第一功率二极管D1、第二功率二极管D2及耦合电感一次侧，耦合电感一次侧包括漏感L
k
、磁化电感L
m
及与磁化电感L
m
并联的理想变压器一次侧线圈L
p
，第一电容C1的一端、输入电感L1的一端均连接直流输入电源V
in
的正极，输入电感L1的另一端分别连接第一功率二极管D1的阳极及第二功率二极管D2的阳极，第一电容C1的另一端、第一功率二极管D1的阴极均连接漏感L
k
的一端，漏感L
k
的另一端分别连接磁化电感L
m
的一端及理想变压器一次侧线圈L
p
的一端，磁化电感L
m
的另一端及理想变压器一次侧线圈L
p
的另一端均连接第二功率二极管D2的阴极，并作为二次型升压单元的输出端。
[0010]在此，利用二次型升压单元的磁化电感L
m
和漏感L
k
实现软开关功能，减少辅助电感的使用，利用二次型升压单元和耦合电感能进一步提升电路的电压增益，减少了元器件的数量，不仅实现第一功率开关管零电压的导通，还实现了耦合电感二次侧二极管的零电流关断，降低了开关管的开关损耗，还解决了二极管的反向恢复的问题。
[0011]优选地，所述开关电容及有源钳位单元包括理想变压器二次侧线圈L
s
、第二电容C2、第三功率二极管D3、第二功率开关管S2、第三电容C3，二次型升压单元的输出端分别连接理想变压器二次侧线圈L
s
的一端、第二功率开关管S2的源极，理想变压器二次侧线圈L
s
的另一端连接第二电容C2的一端，第二电容C2的另一端作为开关电容及有源钳位单元的第一输出端a，并连接第三功率二极管D3的阴极，第二功率开关管S2的漏极分别连接第三功率二极管D3的阳极及第三电容C3的一端，第三电容C3的一端另一端作为开关电容及有源钳位单元的第二输出端b并接地。
[0012]在此，磁化电感L
m
、漏感L
k
用于实现第一功率开关管S1和第二功率开关管S2的零电压导通以及实现第三功率二极管D3和第四功率二极管D4的零电流关断，从而实现所述电路的软开关技术，在开关电容及有源钳位单元中，耦合电感二次侧、第三功率二极管D3、第二电容C2及第三电容C3组成开关电容单元部分，第二功率开关管S2和第三电容C3组成有源钳位电路部分，利用有源钳位电路部分对漏感能量进行回收并抑制功率开关管的电压尖峰，从而减小功率开关管电压应力的同时，实现电压转换效率的提升。
[0013]优选地，所述的输出单元包括第四功率二极管D4、输出电容C
o
和负载R
o
，第四功率二极管D4的阳极连接开关电容及有源钳位单元的第一输出端a，第四功率二极管D4的阴极分别连接输出电容C
o
的一端和负载R
o
的一端，输出电容C
o
的另一端和负载R
o
的另一端均连接开关电容及有源钳位单元的第二输出端b。
[0014]优选地，所述第一功率开关管S1及第二功率开关管S2均为MOS管。
[0015]优选地，所述第一功率开关管S1的栅极及第二功率开关管S2的栅极均连接外部驱动信号。
[0016]优选地，第一功率开关管S1与第二功率开关管S2中每一个功率开关管的源极和漏极之间接有电容。
[0017]优选地，在第一功率开关管S1导通，第二功率开关管S2关断时，第二二极管D2及第三二极管D3导通，第一二极管D1及第四二极管D4关断。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改进的直流升压斩波电路，其特征在于，包括：直流输入电源V
in
、二次型升压单元(1)、第一功率开关管S1、开关电容及有源钳位单元(2)、输出单元(3)；所述直流输入电源V
in
连接二次型升压单元(1)的输入端，二次升压单元(1)的输出端分别连接第一功率开关管S1的漏极、开关电容及有源钳位单元(2)的输入端，开关电容及有源钳位单元(2)的第一输出端a连接输出单元(3)的一端，开关电容及有源钳位单元(2)的第二输出端b连接输出单元的另一端，且与第一功率开关管S1的源极、直流输入电源V
in
的负极均接地。2.根据权利要求1所述的改进的直流升压斩波电路，其特征在于，所述二次型升压单元(1)包括：输入电感L1、第一电容C1、第一功率二极管D1、第二功率二极管D2及耦合电感一次侧，耦合电感一次侧包括漏感L
k
、磁化电感L
m
及与磁化电感L
m
并联的理想变压器一次侧线圈L
p
，第一电容C1的一端、输入电感L1的一端均连接直流输入电源V
in
的正极，输入电感L1的另一端分别连接第一功率二极管D1的阳极及第二功率二极管D2的阳极，第一电容C1的另一端、第一功率二极管D1的阴极均连接漏感L
k
的一端，漏感L
k
的另一端分别连接磁化电感L
m
的一端及理想变压器一次侧线圈L
p
的一端，磁化电感L
m
的另一端及理想变压器一次侧线圈L
p
的另一端均连接第二功率二极管D2的阴极，并作为二次型升压单元(1)的输出端。3.根据权利要求2所述的改进的直流升压斩波电路，其特征在于，所述开关电容及有源钳位单元(2)包括理想变压器二次侧线圈L
s
、第二电容C2、第三功率二极管D3、第二功率开关管S2、第三电容C3，二次型升压单元(1)的输出端分别连接理想变压器二次侧线圈L

【专利技术属性】
技术研发人员：洪濬哲，周岚艺，樊涵宇，黎乙利，区峻豪，陈劲翰，杨东红，罗朋，郭磊，
申请(专利权)人：广东海洋大学，
类型：新型
国别省市：