一種高增益交錯并聯升壓型變換器制造技術

本發明專利技術提供一種高增益交錯并聯升壓變換器，包含兩個電感，兩個功率開關，一個輸出二極管和倍壓單元；所述倍壓單元由一個二極管和一個電容構成具有三個端口的單元，第一端口接電容的一端，電容的另一端與二極管陰極的節點作為第二端口，二極管的陽極端作為第三端口。電路中每增加一個倍壓單元都可在原電路的增益基礎之上提高一倍的基礎增益，也就是說若在電路中增加n個倍壓單元，則該電路的增益比就是基本升壓變換器的(n+1)倍。與現有的高增益升壓變換器相比，本發明專利技術電路拓撲簡單，不存在耦合電感(EMI小)，并且可以大幅降低開關器件的電壓應力，這樣變換器整體工作效率得到了提高。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種直流-直流變換器，具體說是一種高增益交錯并聯升壓型變換器。
技術介紹
現有技術中，基本的升壓型(Boost)交錯并聯變換器，見附圖I (以兩相交錯并聯·為例)，它包括兩個電感，兩個功率開關管，兩個輸出二極管。其中，第一個電感的輸入端與第二個電感的輸入端一起連接輸入電源的正極，輸出端接第一個輸出二極管的陽極，第一個二極管的陰極與第二個二極管的陰極一起接變換器輸出端的正極；在第一電感和第一個二極管的陽極之間接第一功率開關的漏極，第一功率開關源極接變換器的負極；第二個電感的輸出端接第二個輸出二極管的陽極，在第二電感和第二個二極管的陽極之間接第二功率開關的漏極，第二功率開關源極接變換器的負極。這種基本升壓型交錯并聯變換器輸出電壓增益較小，且功率開關管和二極管的電壓應力均為輸出電壓，所以損耗也較大。在一些輸入輸出電壓差較大的場合難以勝任，如光伏電池并網，X光機電源等。近年來，相繼出現了一些具有高增益能力的電路拓撲，主要有三種。第一種借助于變壓器，在原有的直流-直流變換器中間加入一個高頻的變壓器，通過改變變壓器變比實現高增益升壓的目的。但此時，電能的轉化過程實際上由原來的直流-直流，變為直流-交流-交流-直流，整個系統的能量轉換效率降低了。第二種是利用開關電容的方法實現高增益升壓，但此種方案所需開關器件過多，控制復雜，因而也不常用。第三種是利用耦合電感來實現高增益升壓，但耦合電感的使用，同樣會引起開關器件電壓應力過高，并且會帶來電磁干擾等影響，導致變換器工作損耗較大。
技術實現思路
針對現有技術存在的上述不足，本專利技術解決現有變換器存在能量轉換效率降低、開關器件過多、開關管和二極管電壓應力大等問題，提供一種具有高增益能力的交錯并聯升壓型直流-直流變換器。為了解決上述技術問題，本專利技術采用如下技術方案一種高增益交錯并聯升壓變換器，其特征在于，包含兩個電感U、L2,兩個功率開關Sp S2, 一個輸出二極管Dtl和倍壓單兀;其電路連接關系為 第一電感L1和第二電感L2的輸入端同時接輸入電源的正極,第一電感L1和第二電感L2的輸出端分別接第一功率開關S1和第二功率開關S2的漏極,第一功率開關S1和第二功率開關S2的源極接輸入電源的負極；兩個功率開關SpS2的柵極分別接各自的控制器，兩個功率開關Sp S2的驅動相位之間相差180°，即采用交錯控制策略； 第一電感L1的輸出接倍壓單元的第一接口，倍壓單元的第二接口經過正向連接的輸出二極管Dtl接變換器輸出端的正極；第二電感1^2的輸出接倍壓單元的第三接口，倍壓單元的第三接口經過二極管接變換器輸出端的正極；變換器輸出端的負極與輸入電源的負極相連；變換器輸出端的正極和負極之間還接有電容C。； 其中，倍壓單元由一個 二極管和一個電容構成具有三個端口的單元，第一端口接電容的一端，電容的另一端與二極管陰極的節點作為第二端口，二極管的陽極端作為第三端口。進一步，所述倍壓單元為η個單元組合而成， >1 ;η個倍壓單元按順序交錯接入，即 第η個倍壓單元的第一端口接第η - I個倍壓單元的第三端口，第η個倍壓單元的第三端口接第η — I個倍壓單元的第二端口，以此類推，一直到η個倍壓單元。相比現有技術，本專利技術具有如下有益效果 I、本專利技術利用倍壓單元實現變換器的高增益輸出，電路中每增加一個倍壓單元都可在原電路的增益基礎之上提高I倍的基礎增益，也就是說若在電路中增加η個倍壓單元，則該電路的增益比就是基本升壓變換器的(η+1)倍。與現有的高增益升壓變換器相比，本專利技術電路拓撲簡單，不存在耦合電感(EMI小)，不存在變壓器，并且可以大幅降低開關器件的電壓應力，這樣變換器整體工作效率得到了提高。2、該變換器功率開關管和二極管電壓應力小，因此可以選擇的范圍較廣，同時結構簡單，不增加控制難度，成本低且無能量損耗；可以完成直流-直流高增益升壓任務，比如光伏電池到并網逆變器所需直流母線之間的直流-直流高增益升壓任務。3、每一個變換器根據應用場合不同，可以設計采用不同數量的倍壓單元，且每一路輸入的電流和輸出電壓均可控。附圖說明 圖I是現有的基本升壓型(Boost)交錯并聯變換器電路原理圖。圖2是本專利技術高增益交錯并聯升壓型變換器一實施方式電路原理圖。圖3是本專利技術高增益交錯并聯升壓型變換器中單一倍壓單元的電路圖。具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術作進一步詳細說明。如圖2所示，一種具有高增益能力的交錯并聯升壓變換器，包括低壓輸入電源和DC/DC升壓電路組成；所述高增益交錯并聯型直流-直流變換器包含兩個電感Lp L2，兩個功率開關Sp S2, —個輸出二極管Dtl和3個倍壓單元(3個二極管和3個電容構成)； 如圖3所示，倍壓單元由一個二極管和一個電容構成具有三個端口的單元，第一端口接電容的一端，電容的另一端與二極管陰極的節點作為第二端口，二極管的陽極端作為第三端口。第一電感1^的輸入端接輸入電源的正極，輸出端接第三個倍壓單元的第一接口即電容C3的一端，C3的另一端與該倍壓單元的第二端口(與二極管D3的陰極以及第二個倍壓單元的第三端口即二極管D2的陽極)相連，二極管D2的陽極同時與第一個倍壓單元的第一端口即電容C1的一端相連，電容C1的另一端與該倍壓單元的第二端口(該倍壓單元內二極管01的陰極以及輸出二極管Dtl的陽極)相連，二極管Dtl的陰極連接變換器輸出端的正極即輸出濾波電容Ctl的正極；在第一電感L1、第三個倍壓單元的結點和變換器的負極之間接第一功率開關S1的漏極，第一功率開關S1源極接變換器的負極； 第二電感L2的輸入端接輸入電源的正極，輸出端接第三個倍壓單元的第三接口即二極管D3的陽極，第三個倍壓單元的第三接口即二極管D3的陽極接第二個倍壓單元的第一接口即電容C2的一端，電容C2的另一端與該倍壓單元的第三接口(該倍壓單元內二極管D2的陰極以及第一個倍壓單元的第三接口即二極管D1的陽極)相連，第一個倍壓單元的第一接口懸空；在第二電感L2和第三個倍壓單元的結點和變換器的負極之間接第二功率開關S2的漏極，第二功率開關S2源極接變換器的負極；變換器輸出端的正極和負極之間還接有·輸出濾波電容C。。根據功率開關狀態的不同，可以將電路分為三種工作狀態 (I)控制器控制功率開關S1關斷，功率開關S2導通，此時低壓電源通過電感L1、電容C3和二極管D2向電容C2充電，同時低壓電源通過電感L1、電容C3>電容C1和二極管Dtl向高壓直流母線供電；此時功率開關S2保持開通狀態，低壓電源通過功率開關S2向電感L2充電；二極管D3和二極管關斷。(2)控制器控制功率開關S2關斷，功率開關S1導通，此時低壓電源通過電感L2、和二極管D3向電容C1充電，同時低壓電源通過電感L2、電容C2和二極管D1向電容C1和電容C3充電；此時功率開關S1保持開通狀態，低壓電源通過功率開關S1向電感L1充電；二極管D2和二極管Dtl均關斷。(3)功率開關均導通，此時低壓電源通過功率開關S1和功率開關S2分別向電感L1和電感L2充電；二極管D1、二極管D2、二極管D3和二極管Dtl均關斷。在本專利技術的具體實施方式中，功率開關根據系統中所需直流母線電壓的不同，而選擇不同電壓應力的開關器件。值得注意的是，開本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高增益交錯并聯升壓變換器，其特征在于，包含兩個電感L1、L2，兩個功率開關S1、S2，一個輸出二極管D0和倍壓單元；其電路連接關系為：第一電感L1和第二電感L2的輸入端同時接輸入電源的正極，第一電感L1和第二電感L2的輸出端分別接第一功率開關S1和第二功率開關S2的漏極，第一功率開關S1和第二功率開關S2的源極接輸入電源的負極；兩個功率開關S1、S2的柵極分別接各自的控制器，兩個功率開關S1、S2的驅動相位之間相差180o，即采用交錯控制策略；第一電感L1的輸出還接倍壓單元的第一接口，倍壓單元的第二接口經過正向連接的輸出二極管D0接變換器輸出端的正極；第二電感L2的輸出接倍壓單元的第三接口，倍壓單元的第三接口經過二極管接變換器輸出端的正極；變換器輸出端的負極與輸入電源的負極相連；變換器輸出端的正極和負極之間還接有輸出濾波電容C0；其中，倍壓單元由一個二極管和一個電容構成具有三個端口的單元，第一端口接電容的一端，電容的另一端與二極管陰極的節點作為第二端口，二極管的陽極端作為第三端口。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：羅全明，邾玢鑫，周雒維，孫鵬菊，
申請(專利權)人：重慶大學，
類型：發明
國別省市：