一种融合钳位技术的超高倍压DC-DC变换器制造技术

本发明专利技术属于DC

【技术实现步骤摘要】
一种融合钳位技术的超高倍压DC
‑
DC变换器


[0001]本专利技术属于DC
‑
DC升压设备
，具体涉及一种融合钳位技术的超高倍压DC
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DC变换器。

技术介绍

[0002]在能源转换的过程中，能源转换设备需要攻克升压能力不足和转换效率较低的问题，同时需要解决系统输出电压不稳、不能连续输出的问题。例如，光伏发电近几年发展迅速，但高功率、高电压的输出需使用大量的光伏板，传统串
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并联的方案稳定性不高，串联环节任何一个单元故障，便会使该部分的光伏系统瘫痪；同时使系统体积过大、效率降低。
[0003]为使新能源系统能够输出稳定的高直流电压，是能源发展领域必须探讨的课题。传统Boost变换器作为升压领域一种经典的方案，可实现低压输入高压输出。但面临较高等级的电压输出，会使变换器开关器件工作在极限占空比的条件下，使开关器件的稳定性降低，使系统的故障率提升。传统的级联结构进一步的提升了系统的升压能力，但引入多个器件降低了系统的效率。传统的开关电容、电感结构需要增加多个开关器件，工作时，开关器件关断会产生较大的电流尖峰，降低了系统的稳定性。传统的耦合电感结构通过调节原副线圈匝比，实现系统高增益输出，得到理想的电压等级。但系统工作时，耦合电感会使开关器件产生较大的电压尖峰。

技术实现思路

[0004]针对新能源系统需要稳定的输出高直流电压的问题，本专利技术提供一种融合钳位技术的超高倍压DC
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DC变换器；该超高倍压DC
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DC变换器应用耦合电感单元，加入容性钳位回路；实现占空比和耦合电感匝比双法调制，增益调节具有很大的自由度；同时，容性钳位回路吸收了耦合电感的漏感能量，钳制开关器件关断时产生的电压尖峰，使系统高效、稳定的输出高直流电压，且故障率较低。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种融合钳位技术的超高倍压DC
‑
DC变换器，所述超高倍压DC
‑
DC变换器包括：输入电源Vg、开关钳位单元、耦合电感升压单元和负载；
[0007]控制开关钳位单元中开关管的导通占空比D，实现变换器输入和输出之间的电压等级转换；
[0008]所述开关钳位单元包括双开关管、双二极管、钳位电容；所述耦合电感升压单元包括耦合电感线圈、钳位回路，通过改变耦合电感原副线圈的匝比，实现输入与输出之间的电压等级转换。
[0009]进一步地，所述开关钳位单元包括：第一功率开关管S1、第二功率开关管S2、第一二极管VD1、第二二极管VD2和钳位电容C1；
[0010]所述耦合电感升压单元包括：第一绕组N1、第二绕组N2、第三绕组N3、第三二极管VD3、第四二极管VD4、第五二极管VD5、零号二极管VD0、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、
零号电容C0。
[0011]进一步地，所述第一绕组N1的同名端与输入电源Vg的正极、所述第三二极管VD3的阳极相连，所述第一绕组N1的异名端与所述第一二极管VD1的阳极、所述第二功率开关管S2的漏极、所述第二绕组N2的同名端相连；所述第二绕组N2的异名端与所述第二电容C2的负极连接；所述第二电容C2的正极与所述第三二极管VD3的阴极、所述第四电容C4的负极和所述第四二极管VD4的阳极相连；所述第四电容C4的正极与所述零号二极管VD0的阳极、所述第五二极管VD5的阴极连接；所述零号二极管VD0的阴极与所述零号电容C0的正极及负载相连；所述第四二极管VD4的阴极与所述第五二极管VD5的阳极及所述第三绕组N3的同名端相连；所述第三绕组N3的异名端与所述第三电容C3的正极相连；所述第三电容C3的负极、所述零号电容C0的负极、所述输入电源的负极及负载相连到地；
[0012]所述第一二极管VD1的阴极与所述钳位电容C1的负极、所述第一功率开关管S1的漏极相连；所述钳位电容C1的正极与所述第二功率开关管S2的源极、所述第二二极管VD2的阳极连接；所述第二二极管VD2的阴极与所述第一功率开关管S1的源极一起与地相连。所述开关钳位单元，为开关钳位结构嵌入Boost电路，取代Boost电路的开关管而来；本专利技术中提供的开关钳位单元，可有效钳制开关管S1、S2和二极管VD1、VD2关断时产生的电压尖峰。
[0013]进一步地，所述第一绕组N1、所述第二绕组N2、所述第三绕组N3相互耦合，所述第一绕组N1、所述第二绕组N2、所述第三绕组N3间的匝比为N1:N2:N3＝1:n1:n2。n1:n2根据增益公式选取。
[0014]进一步地，所述第一功率开关管S1、所述第二功率开关管S2采用PWM同步控制，所述第一功率开关管S1和所述第二功率开关管S2工作状态同步，同时导通，同时关断。
[0015]进一步地，所述零号二极管VD0、所述第一二极管VD1、所述第二二极管VD2、所述第三二极管VD3、所述第四二极管VD4、所述第五二极管VD5为快恢复二极管。
[0016]进一步地，所述新型半导体钳位超高升压DC
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DC变换器还包括励磁电感Lm、耦合电感Lk；所述励磁电感Lm和所述第一绕组N1并联；所述耦合电感Lk的一端和所述第一绕组N1的异名端串联连接。
[0017]进一步地，处于连续工作模式时，所述超高倍压DC
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DC变换器包括四个工作状态：
[0018]第一工作状态：t＝t0时刻，第一功率开关管S1、第二功率开关管S2、第四二极管VD4和零号二极管VD0导通；第一二极管VD1、第二二极管VD2、第三二极管VD3和第五二极管VD5关断；通过电感Lm、Lk的电流iLm、iLk线性增大；输入电源Vg经第一绕组N1、第二功率开关管S2和第一功率开关管S1为钳位电容C1正向充电；第二电容C2经第四二极管VD4和第三绕组N3为第三电容C3正向充电；第四电容C4经零号二极管VD0向负载侧放电；第二电容C2吸收第二绕组N2的漏感能量，第三电容C3吸收第三绕组N3的漏感能量；钳位电容C1削减第一二极管VD1、第二二极管VD2的电压尖峰，第二电容C2削减第三二极管VD3的电压尖峰，第四二极管VD4削减第五二极管VD5的电压尖峰；至t1时刻，第四二极管VD4、零号二极管VD0关断，进入第二工作状态；
[0019]第二工作状态：t＝t1时刻，第三二极管VD3和第五二极管VD5导通，第四二极管VD4和零号二极管VD0关断；通过电感Lm、Lk的电流iLm、iLk因输入电源作用继续上升；输入电源Vg经第三二极管VD3为第二电容C2正向充电；第三电容C3经第三绕组N3和第五二极管VD5为第四电容C4正向充电；第四电容C4削减第四二极管VD4的电压尖峰；零号电容C0为负载R供电；
至t2时刻，第一功率开关管S1、第二功率开关管S2关断，电路进入第三工作状态；
[0020]第三工作状态：t＝t2时刻，第一功率开关管S1、第二功率开关管S2截止，第一二极管VD1、第二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种融合钳位技术的超高倍压DC
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DC变换器，其特征在于，所述超高倍压DC
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DC变换器包括：输入电源Vg、开关钳位单元、耦合电感升压单元和负载；控制开关钳位单元中开关管的导通占空比D，实现变换器输入和输出之间的电压等级转换；所述开关钳位单元包括双开关管、双二极管、钳位电容；所述耦合电感升压单元包括耦合电感线圈、钳位回路，通过改变耦合电感原副线圈的匝比，实现输入与输出之间的电压等级转换。2.根据权利要求1所述一种融合钳位技术的超高倍压DC
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DC变换器，其特征在于，所述开关钳位单元包括：第一功率开关管S1、第二功率开关管S2、第一二极管VD1、第二二极管VD2和钳位电容C1；所述耦合电感升压单元包括：第一绕组N1、第二绕组N2、第三绕组N3、第三二极管VD3、第四二极管VD4、第五二极管VD5、零号二极管VD0、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、零号电容C0。3.根据权利要求2所述一种融合钳位技术的超高倍压DC
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DC变换器，其特征在于，所述第一绕组N1的同名端与输入电源Vg的正极、所述第三二极管VD3的阳极相连，所述第一绕组N1的异名端与所述第一二极管VD1的阳极、所述第二功率开关管S2的漏极、所述第二绕组N2的同名端相连；所述第二绕组N2的异名端与所述第二电容C2的负极连接；所述第二电容C2的正极与所述第三二极管VD3的阴极、所述第四电容C4的负极和所述第四二极管VD4的阳极相连；所述第四电容C4的正极与所述零号二极管VD0的阳极、所述第五二极管VD5的阴极连接；所述零号二极管VD0的阴极与所述零号电容C0的正极及负载相连；所述第四二极管VD4的阴极与所述第五二极管VD5的阳极及所述第三绕组N3的同名端相连；所述第三绕组N3的异名端与所述第三电容C3的正极相连；所述第三电容C3的负极、所述零号电容C0的负极、所述输入电源的负极及负载相连到地；所述第一二极管VD1的阴极与所述钳位电容C1的负极、所述第一功率开关管S1的漏极相连；所述钳位电容C1的正极与所述第二功率开关管S2的源极、所述第二二极管VD2的阳极连接；所述第二二极管VD2的阴极与所述第一功率开关管S1的源极一起与地相连。4.根据权利要求3所述一种融合钳位技术的超高倍压DC
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DC变换器，其特征在于，所述第一绕组N1、所述第二绕组N2、所述第三绕组N3相互耦合，所述第一绕组N1、所述第二绕组N2、所述第三绕组N3间的匝比为N1:N2:N3＝1:n1:n2。5.根据权利要求2所述一种融合钳位技术的超高倍压DC
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DC变换器，其特征在于，所述第一功率开关管S1、所述第二功率开关管S2采用PWM同步控制，所述第一功率开关管S1和所述第二功率开关管S2工作状态同步，同时导通，同时关断。6.根据权利要求2所述一种融合钳位技术的超高倍压DC
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DC变换器，其特征在于，所述零号二极管VD0、所述第一二极管VD1、所述第二二极管VD2、所述第三二极管VD3、所述第四...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾海涛，周晓燕，庞清乐，张海龙，薛鹏飞，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：