一種兩繞組耦合電感倍壓式單開關(guān)管高增益變換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種兩繞組耦合電感倍壓式單開關(guān)管高增益變換器。具體包括Boost電路、耦合電感倍壓單元電路及輸出電路，所述Boost電路由開關(guān)管、第一二極管、第一電容、耦合電感的原邊繞組構(gòu)成；耦合電感倍壓單元電路由第一電容、第二電容、第二二極管、耦合電感的副邊繞組構(gòu)成；輸出電路由第三二極管、第三電容和負載構(gòu)成。本發(fā)明抑制了開關(guān)管關(guān)斷時的電壓尖峰，降低了開關(guān)管承受的電壓應力，回收了漏感能量，電壓增益高，效率高。
【專利說明】一種兩繞組耦合電感倍壓式單開關(guān)管高增益變換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子變換器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種兩繞組耦合電感倍壓式單開關(guān)管高增益變換器。
【背景技術(shù)】
[0002]在太陽能發(fā)電系統(tǒng)或者燃料電池系統(tǒng)中，由于單塊太陽能電池或者單個燃料電池的輸出電壓較低且容量較小，而實際應用中所需的電壓通常較高，并且對效率要求也較高，因此需要一級高效率的升壓變換器把低電壓直流電轉(zhuǎn)換為適合實際需要的高壓直流電。
[0003]目前最常用的升壓變換器是單管Boost變換器，然而這種變換器的升壓范圍十分有限，通常升壓倍數(shù)都在十倍以內(nèi)，很難滿足高增益的變換要求。為實現(xiàn)增益拓展，可以使用開關(guān)電容技術(shù)，這種技術(shù)電路結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)，但是存在著開關(guān)管電流尖峰沖擊大，電壓增益有限的缺點。雖然通過多級開關(guān)電容結(jié)構(gòu)可以進一步拓展變換器的電壓增益，但是電路結(jié)構(gòu)會變得非常復雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種兩繞組耦合電感倍壓式單開關(guān)管聞增益變換器。
[0005]本發(fā)明適用于光伏系統(tǒng)、燃料電池系統(tǒng)、能量回收系統(tǒng)等需要用到高增益高性能電力電子變換器的場合。
[0006]本發(fā)明通過如下技 術(shù)方案實現(xiàn):
[0007]—種兩繞組耦合電感倍壓式單開關(guān)管高增益變換器，包括Boost電路、耦合電感倍壓單元電路及輸出電路，
[0008]所述Boost電路由開關(guān)管S、第一二極管D1、第一電容C1、稱合電感的原邊繞組Ln構(gòu)成；
[0009]耦合電感倍壓單元電路由第一電容C1、第二電容C2、第二二極管D2、耦合電感的副邊繞組L12構(gòu)成；
[0010]輸出電路由第三二級管D3、第三電容C3和負載構(gòu)成。
[0011]所述耦合電感的原邊繞組L11的同名端與輸入電源正極連接，所述耦合電感的原邊繞組L11的異名端分別與開關(guān)管S的漏極、第一二極管D1的陽極連接，所述第一二極管D1的陰極分別與第一電容仏的一端、第二二極管D2的陽極連接，所述第二二極管D2的陰極分別與第三二極管D3的陽極、耦合電感的副邊繞組L12的異名端連接，所述耦合電感的副邊繞組L12的同名端與第二電容C2的一端連接，所述第三二極管D3的陰極分別與第三電容C3的一端、負載的一端連接；
[0012]所述開關(guān)管S的源極、第一電容C1的另一端、第三電容C3的另一端、負載的另一端分別與輸入電源的負極連接，所述第二電容C2的另一端與輸入電源的負極連接或與輸入電源的正極連接或與第三二極管D3的陰極連接。[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
[0014]本發(fā)明工作時，利用耦合電感的漏感有效地抑制了第二電容造成的電流尖峰，同時第二電容也可以回收耦合電感漏感能量，提高變換器的效率，利用耦合電感原、副邊繞組的匝數(shù)比可以調(diào)節(jié)變換器的電壓增益，利用第一電容限制開關(guān)管承受的電壓應力；
[0015]本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)簡單，控制電路容易實現(xiàn)，非常適用于需要高增益、高效率變換器的場合。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明一種兩繞組耦合電感倍壓式單開關(guān)管高增益變換器的電路圖；
[0017]圖2 (a)?圖2 (b)是本發(fā)明實施例1中一種兩繞組耦合電感倍壓式單開關(guān)管高增益變換器在一個開關(guān)周期內(nèi)的等效電路圖，其中圖2 (a)是工作模態(tài)I時的等效電路圖，圖2 (b)是工作模態(tài)2時的等效電路圖，圖中實線表示變換器中有電流流過的部分，虛線表示變換器中沒有電流流過的部分；
[0018]圖3是本發(fā)明實施例2的一種兩繞組耦合電感倍壓式單開關(guān)管高增益變換器的電路圖；
[0019]圖4是本發(fā)明實施例3的一種兩繞組耦合電感倍壓式單開關(guān)管高增益變換器的電路圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合實施例及附圖，對本發(fā)明作進一步地詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0021]實施例1
[0022]如圖1所示，一種兩繞組耦合電感倍壓式單開關(guān)管高增益變換器，包括開關(guān)管S、第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、耦合電感(其中原邊繞組用L11表示，副邊繞組用L12表不),第一電容C1,第二電容C2,第三電容C3和負載R ；
[0023]由開關(guān)管S,第一二極管D1,第一電容C1, f禹合電感的原邊繞組L11構(gòu)成Boost電路；
[0024]由第一電容C1，第二電容C2，第二二極管D2,耦合電感的副邊繞組L12構(gòu)成耦合電感倍壓單元電路；
[0025]由第三二極管D3,第三電容C3和負載R構(gòu)成的輸出電路。
[0026]由上述可知，所述Boost電路與耦合電感倍壓單元電路共用第一電容Q。
[0027]具體連接方式如下:
[0028]所述耦合電感的原邊繞組L11的同名端與輸入電源正極連接，所述耦合電感的原邊繞組L11的異名端分別與開關(guān)管S的漏極、第一二極管D1的陽極連接，所述第一二極管D1的陰極分別與第一電容仏的一端、第二二極管D2的陽極連接，所述第二二極管D2的陰極分別與第三二極管D3的陽極、耦合電感的副邊繞組L12的異名端連接，所述耦合電感的副邊繞組L12的同名端與第二電容C2的一端連接，所述第三二極管D3的陰極分別與第三電容C3的一端、負載R的一端連接；
[0029]所述開關(guān)管S的源極、第一電容C1的另一端、第二電容C2的另一端、第三電容C3的另一端、負載R的另一端分別與輸入電源Vd的負極連接。
[0030]一種兩繞組耦合電感倍壓式單開關(guān)管高增益變換器在一個開關(guān)周期內(nèi)有2個工作模態(tài)，即開關(guān)管S開通和關(guān)斷兩種相互切換的工作模態(tài)，具體如圖2 (a)?圖2 (b)所示。
[0031]工作模態(tài)1:
[0032]如圖2 (a)所示，開關(guān)管S開通，此時第一二極管D1和第三二極管D3關(guān)斷，第二二極管D2導通，此時輸入電源給耦合電感的勵磁電感充電，同時耦合電感將能量從輸入電源傳遞到第二電容C2,第一電容C1也將能量傳遞到第二電容C2，第三電容C3向負載提供能量。
[0033]工作模態(tài)2:
[0034]如圖2 (b)所示，開關(guān)管S斷開，此時第一二極管D1和第三二極管D3導通，第二二極管D2關(guān)斷，開關(guān)管漏源極之間承受的電壓被第一電容C1箝位。輸入電源和耦合電感的勵磁電感能量同時向第一電容C1轉(zhuǎn)移,第一電容C1充電,與此同時能量也通過I禹合電感向負載轉(zhuǎn)移，同時給第三電容C3充電。第二電容C2向負載提供能量，同時給第三電容C3充電。
[0035]穩(wěn)態(tài)時的電壓增益分析:
[0036]在進行電路穩(wěn)態(tài)電壓分析過程中，由于漏感相當小，因此忽略不計。
[0037]設輸入電壓為Vd，輸出電壓即第三電容C3兩端電壓為V。,第一電容C1兩端電壓為Vcl，第二電容C2兩端電壓為\2,耦合電感副邊繞組匝數(shù)與原邊繞組匝數(shù)之比為N，一個開關(guān)周期為Ts，其中開關(guān)管導通狀態(tài)持續(xù)時間為DTS，開關(guān)管關(guān)斷持續(xù)時間為(1-D) Ts ；
[0038]開關(guān)管開通時，耦合電感的勵磁電感兩端電壓為Vd，電容C2兩端電壓為:
[0039]Vc2=NVVcl(I)
[0040]開關(guān)管斷開時，耦合電感的勵磁電感兩端電壓為Vd-Vcl，輸出電壓即電容C3兩端電壓為:
[0041 ] V0=Vc2-N (Vd-Vcl) = (N+l)Vcl(2)
[0042]根據(jù)一個開關(guān)周期內(nèi)電感伏秒平衡原理，可得如下關(guān)系式:
c DTfT,一、
[0043]￡ Vddt + U {Vd - K1 )dt = 0(3)
[0044]聯(lián)立式(I)、式(2)和式(3)，可解得本發(fā)明提出的變換器增益M為:
V0 yV + 1
[0046]實施例2
[0047]如圖3，本實施例與實施例1唯一的區(qū)別在于:所述第二電容C2的另一端與輸入電源的正極連接，其余結(jié)構(gòu)與功能均與實施例1相同。
[0048]實施例3
[0049]如圖4，本實施例與實施例1唯一的區(qū)別在于:所述第二電容C2的另一端與第三二極管D3的陰極連接，其余結(jié)構(gòu)與功能均與實施例1相同。
[0050]上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但發(fā)明的實施方式并不受所述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種兩繞組耦合電感倍壓式單開關(guān)管高增益變換器，其特征在于，包括Boost電路、耦合電感倍壓單元電路及輸出電路， 所述Boost電路由開關(guān)管(S)、第一二極管(D1 )、第一電容(C1X稱合電感的原邊繞組(L11)構(gòu)成； 耦合電感倍壓單元電路由第一電容(C1X第二電容(C2)、第二二極管(D2)、耦合電感的副邊繞組(L12)構(gòu)成； 輸出電路由第三二級管(D3)、第三電容(C3)和負載構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兩繞組耦合電感倍壓式單開關(guān)管高增益變換器，其特征在于，所述耦合電感的原邊繞組(L11)的同名端與輸入電源正極連接，所述耦合電感的原邊繞組(L11)的異名端分別與開關(guān)管(S)的漏極、第一二極管(D1)的陽極連接，所述第一二極管(D1)的陰極分別與第一電容(C1)的一端、第二二極管(D2)的陽極連接，所述第二二極管(D2)的陰極分別與第三二極管(D3)的陽極、耦合電感的副邊繞組(L12)的異名端連接，所述耦合電感的副邊繞組(L12)的同名端與第二電容(C2)的一端連接，所述第三二極管(D3)的陰極分別與第三電容(C3)的一端、負載的一端連接； 所述開關(guān)管(S)的源極、第一電容(C1)的另一端、第三電容(C3)的另一端、負載的另一端分別與輸入電源的負極連接，所述第二電容(C2)的另一端與輸入電源的負極連接或與輸入電源的正極連接或與第三二極管(D3)的陰極連接。
【文檔編號】H02M3/335GK103427660SQ201310377481
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2013年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月26日
【發(fā)明者】張波, 張能, 黃子田, 丘東元, 肖文勛 申請人:華南理工大學, 東莞市石龍富華電子有限公司