專利名稱：一種高增益倍壓結(jié)構(gòu)有源無損箝位變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種直流一直流變換器及應(yīng)用，具體說是高增益倍壓結(jié)構(gòu)有源無損箝位變換器。
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，因此需要一級直流一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，但對效率的要求較高。因此如何實現(xiàn)高增益、高效率且結(jié)構(gòu)簡單的單相單級變換器，對于推動光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。常規(guī)的單相單管升壓型(Boost)直流一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)容本實用新型要克服常規(guī)的單相單管直流一直流變換器的電壓增益不高、導(dǎo)通損耗和開關(guān)功耗大的缺點，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，控制方便且無能量損耗的高增益倍壓結(jié)構(gòu)有源無損箝位變換器。本實用新型所述的高增益倍壓結(jié)構(gòu)有源無損箝位變換器，耦合電感第一繞組的第一端與電源的正極相連，第一繞組的第二端與主開關(guān)管的漏極及箝位開關(guān)管的源極相連，箝位開關(guān)管的漏極與箝位電容的第一端及續(xù)流二極管的陽極相連，主開關(guān)管的源極和電源的負(fù)極及箝位電容的第二端相連；耦合電感第二繞組的第一端與電源的正極相連，耦合電感第二繞組第二端與倍壓電容的第一端相連，倍壓電容的第二端與續(xù)流二極管的陰極相連，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稱合電感的冋名端；輸出二極管的陽極與續(xù)流二極管的陰極相連，輸出二極管的陰極與輸出電容的第一端相連，輸出電容的第二端與箝位電容的第一端相連。所述的變換器，其續(xù)流二極管和輸出二極管中的一個或多個改成同步整流管，均能正常工作。本實用新型變換器工作時，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(jìn)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)管的零電壓開通；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；利用箝位開關(guān)管和箝位電容吸收漏感的能量，使主開關(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。本實用新型的優(yōu)點是: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。

圖1是本實用新型的電路圖。
具體實施方式
參見圖1，本實用新型的高增益倍壓結(jié)構(gòu)有源無損箝位變換器中，耦合電感第一繞組1^的第一端與電源Vin的正極相連，第一繞組L1的第二端與主開關(guān)管S的漏極及箝位開關(guān)管Sc的源極相連，箝 位開關(guān)管Sc的漏極與箝位電容Ce的第一端及續(xù)流二極管Dr的陽極相連，主開關(guān)管S的源極和電源Vin的負(fù)極及箝位電容Ce的第二端相連；耦合電感第二繞組L2的第一端與電源Vin的正極相連，耦合電感第二繞組L2第二端與倍壓電容Cm的第一端相連，倍壓電容Cm的第二端與續(xù)流二極管Dr的陰極相連，耦合電感第二繞組L2和耦合電感第一繞組L1同為一個耦合電感中的兩個繞組，圖中由標(biāo)記了第一繞組L1和第二繞組L2的同名端；輸出二極管Do的陽極與續(xù)流二極管Dr的陰極相連，輸出二極管Do的陰極與輸出電容Co的第一端相連,輸出電容Co的第二端與箝位電容Ce的第一端相連。輸出電容Co的電壓為Vout，能量最終傳遞給負(fù)載Ro。高增益倍壓結(jié)構(gòu)有源無損箝位變換器在一個開關(guān)周期內(nèi)有六種工作過程，即主開關(guān)管S關(guān)斷與箝位開關(guān)管Sc的體二極管開通之間的換流；續(xù)流二極管Dr關(guān)斷和輸出二極管Do導(dǎo)通之間的換流；箝位開關(guān)管Sc導(dǎo)通過程；箝位開關(guān)管Sc關(guān)斷與主開關(guān)管S的體二極管開通之間的換流；輸出二極管Do關(guān)斷與主開關(guān)管S開通之間的換流過程；續(xù)流二極管Dr導(dǎo)通過程。主開關(guān)管S關(guān)斷與箝位開關(guān)管Sc的體二極管開通之間的換流:換流前，電路處于主開關(guān)管S和續(xù)流二極管Dr導(dǎo)通，箝位開關(guān)管Sc和輸出二極管Do關(guān)斷的穩(wěn)定工作狀態(tài)。當(dāng)主開關(guān)管S關(guān)斷時，由于主開關(guān)管S漏極和源極之間存在電容，因此主開關(guān)管S實現(xiàn)零電壓關(guān)斷，隨后主開關(guān)管S上電壓迅速上升，箝位開關(guān)管Sc兩端的電壓迅速下降至零，箝位開關(guān)管Sc的體二極管開通，由于箝位電容Ce的作用，主開關(guān)管S兩端的電壓被箝位為一定電壓值，實現(xiàn)了主開關(guān)管S的箝位關(guān)斷。續(xù)流二極管Dr關(guān)斷和輸出二極管Do導(dǎo)通之間的換流:箝位開關(guān)管Sc的體二極管開通后，箝位電容Ce上的電壓從一定值開始上升，耦合電感的漏感能量轉(zhuǎn)移到箝位電容Ce上，續(xù)流二極管Dr的電流以一定斜率線性下降到零，續(xù)流二極管Dr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(jìn)入到主開關(guān)管S和續(xù)流二極管Dr關(guān)斷，箝位開關(guān)管Sc的體二極管和輸出二極管Do導(dǎo)通的穩(wěn)定工作狀態(tài)。 箝位開關(guān)管Sc開通過程:輸出二極管Do導(dǎo)通后，箝位開關(guān)管Sc的體二極管也已經(jīng)導(dǎo)通，箝位開關(guān)管Sc兩端的電壓下降到零，此時箝位開關(guān)管Sc的門極信號給出，箝位開關(guān)管Sc實現(xiàn)了零電壓開通。耦合電感的漏感與箝位電容Ce諧振，能量在兩者之間交互傳遞。能量從倍壓電容Cm中通過耦合電感第二繞組轉(zhuǎn)移到負(fù)載Ro。電路進(jìn)入主開關(guān)管S和續(xù)流二極管Dr關(guān)斷，箝位開關(guān)管Sc和輸出二極管Do導(dǎo)通的穩(wěn)定工作狀態(tài)。箝位開關(guān)管Sc關(guān)斷與主開關(guān)管S的體二極管開通之間的換流過程:箝位開關(guān)管Sc關(guān)斷，由于箝位開關(guān)管Sc漏極和源極之間存在寄生電容，箝位開關(guān)管Sc實現(xiàn)零電壓關(guān)斷。箝位開關(guān)管Sc關(guān)斷后，耦合電感的漏感開始抽取主開關(guān)S漏極和源極之間電容上的能量。當(dāng)電容上的能量抽盡，主開關(guān)S的體二極管導(dǎo)通。主開關(guān)管S開通與輸出二極管Do關(guān)斷之間的換流過程:主開關(guān)管S的門極信號給出，由于主開關(guān)S的體二極管已經(jīng)導(dǎo)通，因此主開關(guān)管S實現(xiàn)了零電壓開通，主開關(guān)管S的電流以一定斜率線性上升，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)斷與主開關(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Dr導(dǎo)通過程:主開關(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Dr兩端的電壓線性下降到零，續(xù)流二極管Dr開通，能量開始轉(zhuǎn)移到倍壓電容Cm。電路進(jìn)入主開關(guān)管S和續(xù)流二極管Dr導(dǎo)通，箝位開關(guān)管Sc和輸出二極管Do關(guān)斷的穩(wěn)定工作狀態(tài)。
權(quán)利要求1.一種高增益倍壓結(jié)構(gòu)有源無損箝位變換器，其特征在于: 耦合電感第一繞組(L1)的第一端與電源(Vin)的正極相連，第一繞組(L1)的第二端與主開關(guān)管(S)的漏極及箝位開關(guān)管(Sc)的源極相連，箝位開關(guān)管(Sc)的漏極與箝位電容(Ce)的第一端及續(xù)流二極管(Dr)的陽極相連，主開關(guān)管(S)的源極和電源(Vin)的負(fù)極及箝位電容(Ce)的第二端相連； 耦合電感第二繞組(L2)的第一端與電源(Vin)的正極相連，耦合電感第二繞組(L2)第二端與倍壓電容(Cm)的第一端相連，倍壓電容(Cm)的第二端與續(xù)流二極管(Dr)的陰極相連，耦合電感第二繞組(L2)和耦合電感第一繞組(L1)同為一個耦合電感中的兩個繞組，以第一繞組(L1)的第一端和第二繞組(L2)的第一端為耦合電感的同名端； 輸出二極管(Do)的陽極與續(xù)流二極管(Dr)的陰極相連，輸出二極管(Do)的陰極與輸出電容(Co)的第一端相連,輸出電容(Co)的第二端與箝位電容(Ce)的第一端相連。
2.如權(quán)利要求1所述的高增益倍壓結(jié)構(gòu)有源無損箝位變換器，其特征在于，續(xù)流二極管(Dr)和輸出二極管(Do)中的一個或多個改成同步整流管，均能正常工作。
專利摘要一種高增益倍壓結(jié)構(gòu)有源無損箝位變換器，包括一個主開關(guān)管，一個箝位開關(guān)管，一個續(xù)流二極管，一個輸出二極管，一個箝位電容，一個倍壓電容，一個輸出電容和一個帶有兩個繞組的耦合電感，本實用新型利用耦合電感來拓展變換器的電壓增益和降低功率開關(guān)管和二極管的電壓應(yīng)力，利用耦合電感的漏感實現(xiàn)開關(guān)管的零電壓開通和抑制二極管的反向恢復(fù)電流，箝位開關(guān)管和箝位電容組成的箝位電路有效吸收了主開關(guān)管關(guān)斷時的電壓尖峰和實現(xiàn)了能量的無損轉(zhuǎn)移，利用倍壓電路進(jìn)一步提高了變換器的增益，并進(jìn)一步降低功率開關(guān)管及輸出二極管的電壓應(yīng)力，電路結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，適用于小功率，高增益和高效率的光伏并網(wǎng)發(fā)電變換場合。
文檔編號H02M3/10GK203039579SQ201220730769
公開日2013年7月3日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者楊波, 趙一, 許威 申請人:杭州科為達(dá)電氣有限公司