高变比直流-直流升压变换器制造技术

一种高变比直流-直流升压变换器拓扑结构，具有较高升压能力，属于电力电子技术领域，它包括一个直流源输入端，一个直流输出端，两个升压电感L1和L2，两个可控的功率开关管Q1和Q2，两个中间储能电容C1和C2，三个单向整流二极管D1，D2，D3，一个输出滤波电容C3，滤波电容两端的电压即为输出电压，滤波电容两端接负载。与传统的单相升压变换器或两相交叉并联升压变换器相比，该变换器能够实现输出电压对输入电压的更高升压变比，而且能有效减小输入电流和输出电压的纹波，同时开关管的电压应力也得到了有效降低，有利于实现较高的功率变换。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种高变比直流-直流升压变换器及其控制方法，属电力电子

技术介绍
具有升压功能的直流-直流变换器在工业生活中得到了广泛应用，如在光伏并网发电系统中，需要升压变换器把光伏电池阵列的输出电压升高以满足后级并网逆变器的需要。传统的BOOST变换器或两相交叉并联BOOST变换器都具有升压功能，但当前端输入电压较低时，为了达到较高的输出电压，其开关导通占空比就会接近于1，这样一方面会降低变换器的效率，同时开关频率也不易进一步提高。为了达到更高的升压变比，有文献提出将两个BOOST升压变换器串联作为前级变换器，这样增加了系统的级数和控制的复杂性，不利于系统效率的提高和性能的改善，也有文献提出使用高频变压器实现升压变换，来解决较大升压变比问题，但电路拓扑结构较为复杂。因此研究具有更大升压变比的新型直流-直流变换器，有着重要的理论意义和应用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述现有技术中存在的问题，提出一种无变压器的高变比直流-直流升压变换器及其控制方法，电路拓扑结构简单，且容易控制实现，同时能有效减小输入电流和输出电压的纹波，提高了变换器的性能。本专利技术的变换器与传统的两相并联 BOOST变换器相比，只增加了两个中间储能电容和一个二极管，即可实现上述的优良工作特性。本专利技术所述的高变压比直流-直流变换器如附图1所示，其特征在于1) 一种高变比直流-直流升压变换器，包括一个直流输入电源(Vin)、两个升压电感(Li、L2)、两个功率开关管Oil、Q2)可以是MOSFET或IGBT、三个单向整流二极管(Dl、 D2、D3)、两个中间储能电容(Cl、C2)、一个输出滤波电容(C3)、滤波电容(O)两端即为输出端、滤波电容(O)两端接负载，具体连接方式为直流输入电源(Vin)的正极分别与电感 (Li、L2)连接，电感(Li)的另一端分别与开关管Oil)的漏极和二极管(Dl)的阳极相连， 电感(L2)的另一端分别与开关管0^2)的漏极和中间储能电容(Cl)的一端相连，(Cl)的另一端连接到二极管(Dl)的阴极，再与二极管(拟)的阳极相连，二极管(拟)的阴极与二极管(D!3)的阳极连接，储能电容(以)两端跨接在二极管(Dl)的阳极端和(拟)的阴极端， 输出滤波电容(O)的一端连接到二极管(D!3)的阴极，滤波电容(O)的另一端与直流输入电源(Vin)的负极相连，从(C3)的两端引出输出端接负载，开关管Oil)和0^2)的源极同时与直流输入电源(Vin)的负极连接。2)本专利技术的变换器采用开关管Oil)和完全互补的方法进行控制，控制方法简单，易于实现。与传统的BOOST变换器和两相交错并联BOOST变换器相比，本专利技术的变换器在相同占空比的情况下，既可实现更高变比的输出电压，又能有效降低开关管的电压应力。3)本专利技术的变换器也可以采用交错移相控制开关管Oil)和0^2)时，控制方法简单，易于实现。与传统的BOOST变换器和两相交错并联BOOST变换器相比，本专利技术的变换器既可实现更高变比的输出电压，又能有效降低开关管的电压应力。本专利技术的变换器具有高升压变比，控制方法简单灵活，开关管的电压应力低等优良的特点，非常适合于今后光伏发电，燃料电池发电等场合使用，具有较好的应用和推广前景。技术方案本专利技术是通过以下技术方案实现的如附图1所示，本专利技术的高变比直流-直流升压变换器，包括一个直流输入电源 (Vin)、两个升压电感(Li、L2)、两个功率开关管Oil、Q2)、三个单向整流二极管(Dl、D2、 D3)、两个中间储能电容(C1、C2)、一个输出滤波电容(C3)、滤波电容(O)两端即为输出端、 滤波电容(O)两端接负载，具体连接方式为直流输入电源(Vin)的正极分别与电感(Li、 L2)连接，电感(Li)的另一端分别与开关管Oil)的漏极和二极管(Dl)的阳极相连，电感 (L2)的另一端分别与开关管0^2)的漏极和中间储能电容(Cl)的一端相连，(Cl)的另一端连接到二极管(Dl)的阴极，再与二极管(D2)的阳极相连，二极管(拟)的阴极与二极管 (D3)的阳极连接，输出滤波电容(C3)的一端连接到二极管(D3)的阴极，滤波电容(C3)的另一端与直流输入电源(Vin)的负极相连，从03)的两端引出输出端接负载，开关管Oil) 和的源极同时与直流输入电源(Vin)的负极连接，储能电容(以)两端跨接在二极管 (Dl)的阳极和(D2)的阴极。本专利技术在输入电感(Li)、(L2)电流工作在连续状态或临界连续状态，且采用互补控制方法时，可以分为两种工作模态，下面对本专利技术的两种工作模态进行详细分析和说明工作模态1如附图2所示，功率开关管Oil)导通，功率开关管0^2)关断，此时二极管(Dl)、(D3)截止，二极管(D2)导通。输入电源电压直接加到电感(Li)上，电感电流iu 线形增加。电感(L2)与输入电源、中间储能电容(Cl)、二极管(D2)、中间储能电容(C2)、通过导通的功率开关管Oil)构成回路，此时流过电感(L2)的电流、线形减小，中间储能电容(Cl)放电，中间储能电容(C2)充电。工作模态2如附图3所示，功率开关管Oil)关断，功率开关管0^2)导通，此时二极管(Dl)、(D3)导通，二极管(D2)截止。输入电源电压直接加到电感(L2)上，电感电流、 线形增加。电感(Li)和输入电源一起通过二极管(Dl)向中间储能电容(Cl)充电，同时电感(Li)和输入电源，及中间储能电容(以)一起通过二极管(D!3)向输出端提供能能量，电流iu线形减小。有益效果与现有技术相比本专利技术具有如下有益效果本专利技术的变换器具有更高的升压变比，同时能有效降低功率开关管的电压应力，输入电流和输出电压的纹波也能得到有效控制，且控制电路的实现简单。本专利技术的变换器既可作为一般直流-直流变换器使用，又可用于太阳能光伏电池和燃料电池的独立发电或并网发电系统。附图说明图1是本专利技术的高变比直流-直流升压变换器的拓扑结构图。图2是本专利技术的高变比直流-直流升压变换器工作模态1的等效电路图。图3是本专利技术的高变比直流-直流升压变换器工作模态2的等效电路图。图4是本专利技术的高变比直流-直流升压变换器稳态工作时各功率管电压应力的仿真实验波形图，其中VD1，VD2，VD3分别对应二极管Dl，D2，D3的电压应力；VQ1，VQ2分别对应开关管Ql，Q2的电压应力波形。图5是本专利技术的高变比直流-直流升压变换器稳态工作时直流源输出电流，各电感电流，输入和输出电压的仿真实验波形图，其中i是输入直流源提供的输出电流，iLl， iL2是流过电感Li，L2的电流，Vin, Vo对应输入电压和输出电压。具体实施例方式下面结合附图与具体实施例对本专利技术作进一步详细描述本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了实施方式和操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。本实施例的两个输入电感(Li)、(L2)在电流连续或临界状态下工作，采用互补控制时本专利技术的变换器有两种工作模态，下面对本实施例的两种工作模态进行详细分析，进一步推导本专利技术变换器在互补控制方法时的输出与输入电压的变比。以下说明中，T为开关管Oil)、(Q2)的开关周期，Ton为开关管Oil)在每个开关周期内导通的时间、1；本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种高变比直流－直流升压变换器拓扑，包括一个直流输入电源（Ｖｉｎ）、两个升压电感（Ｌ１、Ｌ２）、两个功率开关管（Ｑ１、Ｑ２）、三个单向整流二极管（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３）、两个中间储能电容（Ｃ１、Ｃ２）、一个输出滤波电容（Ｃ３）、滤波电容（Ｃ３）两端电压为（Ｖｏ），（Ｃ３）两端连接负载，具体连接方式为：直流输入电源（Ｖｉｎ）的正极分别与电感（Ｌ１、Ｌ２）连接，电感（Ｌ１）的另一端分别与开关管（Ｑ１）的漏极和二极管（Ｄ１）的阳极相连，电感（Ｌ２）的另一端分别与开关管（Ｑ２）的漏极和中间储能电容（Ｃ１）的一端相连，（Ｃ１）的另一端连接到二极管（Ｄ１）的阴极，再与二极管（Ｄ２）的阳极相连，二极管（Ｄ２）的阴极与二极管（Ｄ３）的阳极连接，输出滤波电容（Ｃ３）的一端连接到二极管（Ｄ３）的阴极，滤波电容（Ｃ３）的另一端与直流输入电源（Ｖｉｎ）的负极相连，从（Ｃ３）的两端引出输出端接负载，开关管（Ｑ１）和（Ｑ２）的源极同时与直流输入电源（Ｖｉｎ）的负极连接，储能电容（Ｃ２）两端跨接在二极管（Ｄ１）的阳极端和（Ｄ２）的阴极端。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡雪峰，龚春英，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84