專利名稱：無源無損箝位單相高增益變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種直流-直流變換器。
背景技術(shù)：
在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，由于單塊太陽能電池的輸出電壓較低，而逆變并網(wǎng)發(fā)電所 需的電壓較高，因此需要一級直流-直流變換器把低電壓直流電轉(zhuǎn)換為適合并網(wǎng)的高電壓 直流電。在分布式太陽能發(fā)電方案中，單塊太陽能電池的功率容量較小，但對效率的要求較
尚o常規(guī)的單相單管升壓型(Boost)直流-直流變換器的電壓增益僅由占空比決定， 電壓增益有限，難以滿足高增益的變換要求。功率開關(guān)管的電壓應(yīng)力較大，難以采用低壓高 性能的開關(guān)管來降低導(dǎo)通損耗。而且，變換器工作在硬開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)損耗較大。為了實現(xiàn) Boost變換器的軟開關(guān)動作，近年來，相繼研究了一些通過附加有源功率開關(guān)或無源器件的 軟開關(guān)方案，這些電路雖然實現(xiàn)了軟開關(guān)動作，但是不能降低開關(guān)管的電壓應(yīng)力，也不能實 現(xiàn)系統(tǒng)的高增益變換。為了提升變換器的電壓增益，一種方案是采用開關(guān)電容的方案，但這 種方案所需開關(guān)管數(shù)量較多，增加了系統(tǒng)成本；另外的方案是采用復(fù)雜的三繞組耦合電感 方案，這種方案的缺點是耦合電感結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于工業(yè)加工，難以保證電路的一致性。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型要解決常規(guī)單相單管升壓型直流-直流變換器的功率開關(guān)管的電壓 應(yīng)力較大、不能實現(xiàn)高增益變換的問題，提供了一種能降低功率開關(guān)管的電壓應(yīng)力、實現(xiàn)高 增益變換的無源無損箝位單相高增益變換器。本實用新型的技術(shù)方案無源無損箝位單相高增益變換器，其特征在于包括依次串接的單相Boost升壓 電路單元、倍壓電路單元和輸出電路單元，所述單相Boost升壓電路單元包括一耦合電感 第一繞組，所述耦合電感第一繞組的第一端與電源的正極相連，所述第一繞組的第二端與 功率開關(guān)管的漏極及箝位二極管的陽極相連，所述箝位二極管的陰極與箝位電容的第一端 相連，所述功率開關(guān)管的源極和電源的負(fù)極相連；所述倍壓電路單元包括耦合電感第二繞組，所述耦合電感第二繞組的一端與續(xù)流 二極管的陽極及箝位二極管的陰極相連，所述第二繞組的第二端與倍壓電容的第一端相 連，所述倍壓電容的第二端與續(xù)流二極管的陰極相連，所述耦合電感第二繞組和耦合電感 第一繞組同為一個耦合電感中的兩個繞組，以第一繞組的第一端和第二繞組的第一端為耦 合電感的同名端；所述輸出電路單元包括輸出二極管，所述輸出二極管的陽極與續(xù)流二極管的陰極 相連，所述輸出二極管的陰極與輸出電容的第一端相連，所述輸出電容的第二端與電源的 負(fù)極相連。進一步，所述箝位電容的第二端與電源負(fù)極相連。[0010]或者，所述箝位電容的第二端與電源正極相連?；蛘撸鲶槲浑娙莸牡诙伺c輸出電容的第一端相連。本實用新型中的箝位二極管、續(xù)流二極管和輸出二極管中的一個或多個可換成同 步整流管。本實用新型工作時，利用耦合電感的變壓器效應(yīng)拓展了變換器電壓增益，降低了 功率開關(guān)管和箝位二極管的電壓應(yīng)力，降低了功率器件的導(dǎo)通損耗。倍壓電路單元的引入 進一步提高了電路的電壓增益和降低了器件的電壓應(yīng)力；利用耦合電感的漏感實現(xiàn)了功率 開關(guān)管的零電流開通；同時利用耦合電感的漏感還實現(xiàn)了續(xù)流二極管和輸出二極管的軟關(guān) 斷；利用箝位二極管和箝位電容吸收漏感的能量，使功率開關(guān)管關(guān)斷時無電壓尖峰，并且吸 收的漏感能量最終傳遞到負(fù)載，實現(xiàn)無損吸收；其電路結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，適用于小功率， 高增益和高效率的分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電場合。本實用新型中無需額外的功率開關(guān)和電感元件，附件元件少，結(jié)構(gòu)簡單，控制方 便，電路中無能量損耗元件，可提高電路的效率，且換流過程中，功率開關(guān)管關(guān)斷時無電壓 過沖，續(xù)流二極管開通時無電流過沖。耦合電感在對應(yīng)的開關(guān)管開通和關(guān)斷時都傳遞能量， 提高了耦合電感的利用率，降低了耦合電感的體積。本實用新型的有益效果結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、無能量損耗、提高了變換效率。
圖1是本實用新型第一種實施方式的電路圖。圖2是本實用新型第二種實施方式的電路圖。圖3是本實用新型第三種實施方式的電路圖。
具體實施方式
實施例一參見圖1，無源無損箝位單相高增益變換器，包括依次串接的單相Boost升壓電路 單元1、倍壓電路單元2和輸出電路單元3，所述單相Boost升壓電路單元1包括耦合電感 第一繞組k，所述耦合電感第一繞組k的第一端與電源Vin的正極相連，所述第一繞組k 的第二端與功率開關(guān)管S的漏極及箝位二極管Dc的陽極相連，所述箝位二極管Dc的陰極 與箝位電容Cc的第一端相連，所述功率開關(guān)管S的源極和電源Vin的負(fù)極相連；所述倍壓電路單元2包括耦合電感第二繞組L2，所述耦合電感第二繞組L2的一端 與續(xù)流二極管Ds的陽極及箝位二極管Dc的陰極相連，所述耦合電感第二繞組L2第二端與 倍壓電容Cs的第一端相連，所述倍壓電容Cs的第二端與續(xù)流二極管Ds的陰極相連，所述 耦合電感第二繞組L2和耦合電感第一繞組k同為一個耦合電感中的兩個繞組，圖中由“ 0，， 標(biāo)記了第一繞組k和第三繞組L2的同名端；所述輸出電路單元3包括輸出二極管Do，所述輸出二極管Do的陽極與續(xù)流二極管 Ds的陰極相連，所述輸出二極管Do的陰極與輸出電容Co的第一端相連，所述輸出電容Co 的第二端與電源Vin的負(fù)極相連。所述箝位電容Cc的第二端與電源Vin負(fù)極相連。輸出電容Co的電壓為Vout，能量最終傳遞給負(fù)載Ro。[0025]本實用新型在一個開關(guān)周期內(nèi)有五種工作過程，即功率開關(guān)管S關(guān)斷與箝位二極 管Dc開通之間的換流；續(xù)流二極管Ds關(guān)斷和輸出二極管Do導(dǎo)通之間的換流；箝位二極管 Dc關(guān)斷過程；輸出二極管Do關(guān)斷與功率開關(guān)管S開通之間的換流過程，續(xù)流二極管Ds導(dǎo) 通過程。功率開關(guān)管S關(guān)斷與箝位二極管Dc開通之間的換流換流前，電路處于功率開關(guān)管S和續(xù)流二極管Ds導(dǎo)通，箝位二極管Dc和輸出二極 管Do關(guān)斷的穩(wěn)定工作狀態(tài)。當(dāng)功率開關(guān)管S關(guān)斷時，功率開關(guān)管S上電壓迅速上升，箝位 二極管Dc兩端的電壓迅速下降至零，箝位二極管Dc開通，由于箝位電容Cc的作用，功率開 關(guān)管S兩端的電壓被箝位為一定電壓值，實現(xiàn)了功率開關(guān)管S的軟箝位關(guān)斷。續(xù)流二極管Ds關(guān)斷和輸出二極管Do導(dǎo)通之間的換流箝位二極管Dc開通后，箝位電容Cc上的電壓從一定值以一定斜率線性上升，耦合 電感的漏感能量轉(zhuǎn)移到箝位電容Cc上，續(xù)流二極管Ds的電流以一定斜率線性下降到零，續(xù) 流二極管Ds關(guān)斷。而輸出二極管Do兩端的電壓線性下降到零，輸出二極管Do開通，能量 開始轉(zhuǎn)移到輸出端。電路進入到功率開關(guān)管S和續(xù)流二極管Ds關(guān)斷，箝位二極管Dc和輸 出二極管Do導(dǎo)通的穩(wěn)定工作狀態(tài)。箝位二極管Dc關(guān)斷過程輸出二極管Do導(dǎo)通后，箝位二極管Dc上的電流以一定的斜率線性下降，當(dāng)箝位二 極管Dc上的電流下降到零時，箝位二極管Dc自然關(guān)斷，能量從箝位電容Cc、倍壓電容Cs中 通過耦合電感第二繞組轉(zhuǎn)移到負(fù)載Ro。電路進入第一開關(guān)管S，箝位二極管Dc和續(xù)流二極 管Ds關(guān)斷，輸出二極管Do導(dǎo)通的穩(wěn)定工作狀態(tài)。輸出二極管Do關(guān)斷與功率開關(guān)管S開通之間的換流過程功率開關(guān)管S的門極信號給出，功率開關(guān)管S的電流從零以一定斜率線性上升，實 現(xiàn)了功率開關(guān)管S的零電流開通，輸出二極管Do的電流以一定的斜率線性下降，當(dāng)輸出二 極管Do的電流下降到零時，輸出二極管Do關(guān)斷，實現(xiàn)了輸出二極管Do關(guān)斷與功率開關(guān)管 S開通之間的換流，減小了輸出二極管Do的反向恢復(fù)損耗。續(xù)流二極管Ds導(dǎo)通過程功率開關(guān)管S開通和輸出二極管Do關(guān)斷后，耦合電感工作在正激變壓器狀態(tài)，續(xù) 流二極管Ds兩端的電壓線性下降到零，續(xù)流二極管Ds開通，能量開始轉(zhuǎn)移到倍壓電容Cs。 電路進入功率開關(guān)管S和續(xù)流二極管Ds導(dǎo)通，箝位二極管Dc和輸出二極管關(guān)斷的穩(wěn)定工 作狀態(tài)。實施例二參見圖2，本實施例與實施例一不同之處在于所述箝位電容Cc的第二端與電源 Vin正極相連。其余功能與結(jié)構(gòu)都相同。實施例二參見圖3，本實施例與實施例一、實施例二不同之處在于，所述箝位電容Cc的第二 端與輸出電容Co的第一端相連。其余功能與結(jié)構(gòu)都相同。本說明書實施例所述的內(nèi)容僅僅是對實用新型構(gòu)思的實現(xiàn)形式的列舉，本實用新 型的保護范圍的不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本實用新型的保護范圍也 及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實用新型構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。
權(quán)利要求無源無損箝位單相高增益變換器，其特征在于包括依次串接的單相Boost升壓電路單元、倍壓電路單元和輸出電路單元，所述單相Boost升壓電路單元包括一耦合電感第一繞組，所述耦合電感第一繞組的第一端與電源的正極相連，所述第一繞組的第二端與功率開關(guān)管的漏極及箝位二極管的陽極相連，所述箝位二極管的陰極與箝位電容的第一端相連，所述功率開關(guān)管的源極和電源的負(fù)極相連；所述倍壓電路單元包括耦合電感第二繞組，所述耦合電感第二繞組的一端與續(xù)流二極管的陽極及箝位二極管的陰極相連，所述第二繞組的第二端與倍壓電容的第一端相連，所述倍壓電容的第二端與續(xù)流二極管的陰極相連，所述耦合電感第二繞組和耦合電感第一繞組同為一個耦合電感中的兩個繞組，以第一繞組的第一端和第二繞組的第一端為耦合電感的同名端；所述輸出電路單元包括輸出二極管，所述輸出二極管的陽極與續(xù)流二極管的陰極相連，所述輸出二極管的陰極與輸出電容的第一端相連，所述輸出電容的第二端與電源的負(fù)極相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無源無損箝位單相高增益變換器，其特征在于所述箝位電 容的第二端與電源負(fù)極相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無源無損箝位單相高增益變換器，其特征在于所述箝位電 容的第二端與電源正極相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無源無損箝位單相高增益變換器，其特征在于所述箝位電 容的第二端與輸出電容的第一端相連。
專利摘要無源無損箝位單相高增益變換器，包括一耦合電感，所述耦合電感第一繞組的第一端與電源的正極相連，所述第一繞組的第二端與功率開關(guān)管的漏極及箝位二極管的陽極相連，所述箝位二極管的陰極與箝位電容的第一端相連，所述功率開關(guān)管的源極和電源的負(fù)極相連；所述耦合電感第二繞組的一端與續(xù)流二極管的陽極及箝位二極管的陰極相連，所述第二繞組的第二端與倍壓電容的第一端相連，所述倍壓電容的第二端與續(xù)流二極管的陰極相連，所述耦合電感第二繞組第一端和耦合電感第一繞組第一端為耦合電感的同名端；所述輸出二極管的陽極與續(xù)流二極管的陰極相連，所述輸出二極管的陰極與輸出電容的第一端相連，所述輸出電容的第二端與電源的負(fù)極相連。
文檔編號H02J3/38GK201608539SQ20092021588
公開日2010年10月13日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者何湘寧, 呂曉東, 李武華, 梅燁, 趙一 申請人:杭州浙大太陽電氣有限公司