低輸入電流紋波單開關(guān)高增益變換器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種低輸入電流紋波單開關(guān)高增益變換器，它包括直流輸入源(Vin)，獨立升壓電感(L1)，可控的功率開關(guān)管(Q)，設(shè)有第一繞組(n1)和第二繞組(n2)的耦合電感，箝位二極管(D1)，箝位電容(C1)，第一單向整流二極管(D2)，第二單向整流二極管(D3)，倍壓電容(C2)，儲能電容(C3)和輸出濾波電容(Co)。與傳統(tǒng)Boost變換器相比，本實用新型的低輸入電流紋波單開關(guān)高增益變換器不僅能夠利用耦合電感來提高變換器的輸出電壓增益，還能降低功率開關(guān)管和二極管的峰值電壓應(yīng)力，并且具有輸入電流紋波低的特點，變換器的整體轉(zhuǎn)換效率也有所提高。
【專利說明】低輸入電流紋波單開關(guān)高增益變換器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電力電子領(lǐng)域的直流-直流變換器，具體地說，涉及一種低輸入電流紋波單開關(guān)高增益變換器。

【背景技術(shù)】
[0002]直流-直流升壓變換器在在光伏或燃料電池并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中受到了越來越多的研究應(yīng)用，對于光伏、燃料電池等新能源，輸入電流紋波對其發(fā)電效率影響較大，因此，輸入電流連續(xù)的低紋波、高升壓增益變換器拓?fù)涑蔀槭走x。常規(guī)的升壓型變換器提出的是有限升壓增益，開關(guān)管的電壓應(yīng)力較大，開關(guān)損耗較大，二極管的反向恢復(fù)電流較大，反向恢復(fù)損耗較大，這樣會降低直流-直流升壓變換器的轉(zhuǎn)換效率。輸入電流紋波大一定程度地縮短了低壓輸入電源(光伏、燃料電池等)的使用周期，為此，研究新型高性能且具有低輸入紋波的高增益變換器，具有著重要的理論意義和應(yīng)用價值。
[0003]關(guān)于具有高增益的單開關(guān)變換器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，現(xiàn)有技術(shù)中已有相關(guān)的技術(shù)方案公開，如:中國專利號201310423314.8，發(fā)明創(chuàng)造名稱為:一種單開關(guān)高增益升壓變換器，所述單開關(guān)高增益升壓變換器包括普通Boost電路環(huán)節(jié)和儲能電路環(huán)節(jié)；普通Boost升壓電路環(huán)節(jié)包括直流電壓源(Vg)、第一電感(U)、第四二極管(D4)、第四電容(C4)和輸出負(fù)載(RJ ;儲能電路環(huán)節(jié)包括第一二極管(D1)、第二二極管(D2)、第三二極管(D3)、第一電容(C1)、第二電容(C2)、第三電容(C3)、第二電感(L2)和第三電感(L3),該申請方案雖然提高了輸入電壓增益,但是輸入電流紋波較大。
[0004]此外，對于中國專利號ZL201320524859.3，發(fā)明創(chuàng)造名稱為:一種兩繞組耦合電感倍壓式單開關(guān)管高增益變換器，該技術(shù)方案的輸入電流紋波較大。所以急需一種低輸入電流紋波的單開關(guān)高增益變換器。
實用新型內(nèi)容
[0005]1、實用新型要解決的技術(shù)問題
[0006]本實用新型的目的是提供一種低輸入電流紋波，低開關(guān)電壓應(yīng)力，功率開關(guān)管少，結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，控制方便的單開關(guān)高增益變換器。
[0007]2、技術(shù)方案
[0008]為達到上述目的，本實用新型提供的技術(shù)方案為:
[0009]低輸入電流紋波單開關(guān)高增益變換器，包括直流輸入源，獨立升壓電感，可控的功率開關(guān)管，設(shè)有第一繞組和第二繞組的耦合電感，箝位二極管，箝位電容，第一單向整流二極管，第二單向整流二極管，倍壓電容，儲能電容和輸出濾波電容；
[0010]直流輸入源的正、負(fù)極分別與獨立升壓電感的一端、功率開關(guān)管的源極相連，獨立升壓電感的另一端與耦合電感的第一繞組的同名端和箝位電容的一端相連，耦合電感的第一繞組的另一端與功率開關(guān)管的漏極和箝位二極管的陽極相連，箝位二極管的陰極與儲能電容的一端和和箝位電容的另一端相連，箝位電容的另一端與耦合電感的第二繞組的同名端和第一單向整流二極管的陽極相連，耦合電感的第二繞組的另一端連接到倍壓電容的一端，倍壓電容的另一端與第一單向整流二極管的陰極和第二單向整流二極管的陽極相連，第二單向整流二極管的陰極與儲能電容的另一端和輸出濾波電容的一端相連，輸出濾波電容另一端與直流輸入源的負(fù)極相連，輸出濾波電容兩端接負(fù)載，輸出濾波電容兩端的電壓即為輸出電壓。
[0011]本實用新型有三種工作模態(tài):
[0012]工作模態(tài)1:功率開關(guān)管導(dǎo)通，箝位電容、倍壓電容及儲能電容均為充電模態(tài)；
[0013]工作模態(tài)2:功率開關(guān)管關(guān)斷，箝位電容為充電模態(tài)，倍壓電容和儲能電容均為放電模態(tài)；
[0014]工作模態(tài)3:功率開關(guān)管關(guān)斷，箝位電容、倍壓電容及儲能電容均為放電模態(tài)。在這三種模態(tài)下，實現(xiàn)變換器的運行。
[0015]3、有益效果
[0016]采用本實用新型提供的技術(shù)方案，與已有的公知技術(shù)相比，具有如下顯著效果:
[0017]1、與傳統(tǒng)Boost變換器相比，本實用新型不僅能夠利用耦合電感來提高變換器的輸出電壓增益，還能降低功率開關(guān)管和二極管的峰值電壓應(yīng)力，并且具有輸入電流紋波低的特點，變換器的整體轉(zhuǎn)換效率也有所提高。
[0018]2、本實用新型具有高升壓變比、低輸入電流紋波、低開關(guān)電壓應(yīng)力，且結(jié)構(gòu)簡單，開關(guān)數(shù)量少的技術(shù)特點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本實用新型的一種低輸入電流紋波單開關(guān)高增益變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0020]圖2是本實用新型的一種低輸入電流紋波單開關(guān)高增益變換器的工作模態(tài)I的等效電路圖；
[0021]圖3是本實用新型的一種低輸入電流紋波單開關(guān)高增益變換器的工作模態(tài)2的等效電路圖；
[0022]圖4是本實用新型的一種低輸入電流紋波單開關(guān)高增益變換器的工作模態(tài)3的等效電路圖。
[0023]圖中的標(biāo)號說明:
[0024]Vin:直流輸入源；U:獨立升壓電感；Q:可控的功率開關(guān)管叫:耦合電感的第一繞組；n2:耦合電感的第二繞組辦:箝位二極管A1:箝位電容；D2:第一單向整流二極管；D3:第二單向整流二極管；C2:倍壓電容；C3:儲能電容；C。:輸出濾波電容^:負(fù)載。

【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合實施例和附圖對本實用新型作進一步詳細(xì)的說明。
[0026]實施例1
[0027]如圖1所示，低輸入電流紋波單開關(guān)高增益變換器，包括直流輸入源Vin，獨立升壓電感L1，可控的功率開關(guān)管Q，設(shè)有第一繞組Ill和第二繞組n2的耦合電感，箝位二極管D1,箝位電容C1，第一單向整流二極管D2，第二單向整流二極管D3，倍壓電容C2，儲能電容C3和輸出濾波電容C。；
[0028]直流輸入源Vin的正、負(fù)極分別與獨立升壓電感L1的一端、功率開關(guān)管Q的源極相連，獨立升壓電感1^的另一端與耦合電感的第一繞組(Ii1)的同名端和箝位電容C1的一端相連，耦合電感的第一繞組Ii1的另一端與功率開關(guān)管Q的漏極和箝位二極管D1的陽極相連，箝位二極管D1的陰極與儲能電容C3的一端和和箝位電容C1的另一端相連，箝位電容C1的另一端與耦合電感的第二繞組112的同名端和第一單向整流二極管D2的陽極相連，耦合電感的第二繞組n2的另一端連接到倍壓電容C2的一端，倍壓電容C2的另一端與第一單向整流二極管D2的陰極和第二單向整流二極管D3的陽極相連，第二單向整流二極管D3的陰極與儲能電容C3的另一端和輸出濾波電容C。的一端相連,輸出濾波電容C。另一端與直流輸入源Vin的負(fù)極相連，輸出濾波電容C。兩端接負(fù)載Rtl,輸出濾波電容C。兩端的電壓即為輸出電壓。
[0029]本實用新型的低輸入電流紋波單開關(guān)高增益變換器，有三種工作模態(tài)，詳細(xì)分析如下:
[0030]工作模態(tài)1:
[0031]如圖2所示，功率開關(guān)管Q導(dǎo)通模態(tài)，箝位電容C1、倍壓電容C2及儲能電容C3均為充電模態(tài)。在此模態(tài)下，第一單向整流二極管D2導(dǎo)通，箝位二極管D1和第二單向整流二極管D3均關(guān)斷。其中，直流輸入源Vin、獨立升壓電感L1、稱合電感的第一繞組Ii1及功率開關(guān)管Q構(gòu)成回路，直流輸入源Vin向獨立升壓電感L1及耦合電感的第一繞組Ii1充電，流經(jīng)獨立升壓電感L1及耦合電感漏感的電流近似線性上升；耦合電感的第二繞組n2、第一單向整流二極管D2及倍壓電容C2構(gòu)成倍壓電路，耦合電感的第二繞組n2經(jīng)由第一單向整流二極管D2向倍壓電容C2充電，倍壓電容C2處于放電狀態(tài)；輸出濾波電容C。向箝位電容C1及儲能電容C3充電，箝位電容C1和儲能電容C3均處于充電狀態(tài)。
[0032]工作模態(tài)2:
[0033]如圖3所示，功率開關(guān)管Q關(guān)斷模態(tài)，箝位電容C1為充電模態(tài)，倍壓電容C2和儲能電容C3均為放電模態(tài)。在此模態(tài)下，箝位二極管D1和單向整流二極管D。均導(dǎo)通，第一單向整流二極管D2關(guān)斷。其中，耦合電感的第一繞組Ill經(jīng)箝位二極管D1續(xù)流并向耦合電感的第二繞組n2及箝位電容C1傳遞能量，箝位電容C1處于充電狀態(tài)，耦合電感的第一繞組Ii1的兩端電壓箝位在-Va (Vci是箝位電容C1兩端的電壓)，流經(jīng)獨立升壓電感L1及耦合電感漏感的電流近似線性下降；直流輸入源Vin、獨立升壓電感L1、耦合電感的第一繞組Ii1、箝位二極管D1、耦合電感的第二繞組n2、倍壓電容C2、第二單向整流二極管D3和輸出端負(fù)載構(gòu)成回路，能量從倍壓電容C2、儲能電容C3和耦合電感中向負(fù)載轉(zhuǎn)移，倍壓電容C2和儲能電容C3均處于放電狀態(tài)。
[0034]工作模態(tài)3:
[0035]如圖4所示，功率開關(guān)管Q關(guān)斷模態(tài)，箝位電容C1、倍壓電容C2及儲能電容C3均為放電模態(tài)。在此模態(tài)下，箝位二極管D1及第一單向整流二極管D2均關(guān)斷，單向整流二極管D。導(dǎo)通。由于耦合電感的作用，箝位二極管D1的電流轉(zhuǎn)移到第二單向整流二極管D3，因此在功率開關(guān)管Q再次開通之前，箝位二極管D1已經(jīng)自然關(guān)斷；儲存在耦合電感的第一繞組H1的能量已完全傳輸?shù)今詈想姼械牡诙@組n2，致使流經(jīng)耦合電感漏感的電流降為零；直流輸入源Vin、獨立升壓電感L1、箝位電容C1、稱合電感的第二繞組112、倍壓電容C2、第二單向整流二極管D3和輸出端負(fù)載構(gòu)成回路，能量從箝位電容C1、倍壓電容C2、儲能電容C3和耦合電感中向負(fù)載轉(zhuǎn)移，箝位電容C1、倍壓電容C2、儲能電容C3均處于放電狀態(tài)。
[0036]本實用新型的低輸入電流紋波單開關(guān)高增益變換器，在這三種模態(tài)下，完成能量的轉(zhuǎn)換。
【權(quán)利要求】
1.低輸入電流紋波單開關(guān)高增益變換器，其特征在于:包括直流輸入源(Vin)，獨立升壓電感(L1),可控的功率開關(guān)管(Q)，設(shè)有第一繞組(II1)和第二繞組(n2)的耦合電感，箝位二極管(D1)，箝位電容(C1)，第一單向整流二極管(D2)，第二單向整流二極管(D3)，倍壓電容(C2)，儲能電容(C3)和輸出濾波電容(C0)； 所述直流輸入源(Vin)的正、負(fù)極分別與獨立升壓電感(L1)的一端、功率開關(guān)管(Q)的源極相連，獨立升壓電感(L1)的另一端與耦合電感的第一繞組(Ii1)的同名端和箝位電容(C1)的一端相連，耦合電感的第一繞組(Ii1)的另一端與功率開關(guān)管(Q)的漏極和箝位二極管(D1)的陽極相連，箝位二極管(D1)的陰極與儲能電容(C3)的一端和和箝位電容(C1)的另一端相連，箝位電容(C1)的另一端與耦合電感的第二繞組(n2)的同名端和第一單向整流二極管(D2)的陽極相連，耦合電感的第二繞組(n2)的另一端連接到倍壓電容(C2)的一端，倍壓電容(C2)的另一端與第一單向整流二極管(D2)的陰極和第二單向整流二極管(D3)的陽極相連，第二單向整流二極管(D3)的陰極與儲能電容(C3)的另一端和輸出濾波電容(C。)的一端相連，輸出濾波電容(C。)另一端與直流輸入源(Vin)的負(fù)極相連,輸出濾波電容(C。)兩端接負(fù)載(R。)。
【文檔編號】H02M1/14GK203859682SQ201420204323
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年4月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月24日
【發(fā)明者】胡雪峰, 王琳, 章家?guī)r, 代國瑞 申請人:安徽工業(yè)大學(xué)