含三繞組內(nèi)置變壓器結(jié)構(gòu)的高增益無源無損箝位變換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開含三繞組內(nèi)置變壓器結(jié)構(gòu)的高增益無源無損箝位變換器，包括兩個輸入電感，兩個功率開關(guān)管，兩個箝位二極管，兩個輸出二極管，兩個箝位電容，一個輸出電容和一個帶有三個繞組的內(nèi)置變壓器，本發(fā)明利用內(nèi)置變壓器來拓展變換器的電壓增益和降低功率開關(guān)管的電壓應(yīng)力，利用內(nèi)置變壓器的漏感實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的零電流開通和抑制輸出二極管的反向恢復(fù)電流，箝位二極管自然關(guān)斷，無反向恢復(fù)問題，箝位二極管和箝位電容組成的箝位電路有效吸收了功率開關(guān)管關(guān)斷時的電壓尖峰和實(shí)現(xiàn)了能量的無損轉(zhuǎn)移，電路結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，適用于高增益和高效率的光伏并網(wǎng)發(fā)電變換場合。
【專利說明】 含三繞組內(nèi)置變壓器結(jié)構(gòu)的高増益無源無損箝位變換器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種直流一直流變換器及應(yīng)用，具體說是含三繞組內(nèi)置變壓器結(jié)構(gòu)的高增益無源無損箝位變換器。

【背景技術(shù)】
[0002]在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，由于單塊光伏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。在分布式光伏發(fā)電方案中，單塊光伏電池的功率容量較小，但對效率的要求較高。因此如何實(shí)現(xiàn)高增益、高效率且結(jié)構(gòu)簡單的單級變換器，對于推動光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。
[0003]常規(guī)的升壓型(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(shí)現(xiàn)變換器的軟開關(guān)動作，近年來，相繼研宄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(shí)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高增益變換。為了提升變換器的電壓增益，通常采用開關(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。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，控制方便且無能量損耗的含三繞組內(nèi)置變壓器結(jié)構(gòu)的高增益無源無損箝位變換器。
[0005]本發(fā)明所述的含三繞組內(nèi)置變壓器結(jié)構(gòu)的高增益無源無損箝位變換器，其特征在于:
[0006]第一輸入電感LI的第一端和第二輸入電感L2的第一端與電源Vin的正極相連，第一輸入電感LI的第二端與第一功率開關(guān)管SI的漏極，第一箝位二極管Dcl的陽極及內(nèi)置變壓器原邊繞組Tp的第一端相連，第二輸入電感L2的第二端與第二功率開關(guān)管S2的漏極，第二箝位二極管Dc2的陽極及內(nèi)置變壓器原邊繞組Tp的第二端相連，第一箝位二極管IDcl的陰極與第一箝位電容Ccl的第一端及內(nèi)置變壓器副邊第一繞組Tsl的第二端相連，第二箝位二極管Dc2的陰極與第二箝位電容Cc2的第一端及內(nèi)置變壓器副邊第二繞組Ts2的第一端相連，電源Vin的負(fù)極與第一功率開關(guān)管SI的源極，第二功率開關(guān)管S2的源極，第一箝位電容Ccl的第二端及第二箝位電容Cc2的第二端相連；
[0007]內(nèi)置變壓器副邊第一繞組Tsl的第一端與第一輸出二極管Dol的陽極相連，內(nèi)置變壓器副邊第二繞組Ts2的第二端與第二輸出二極管Do2的陽極相連，第一輸出二極管Dol的陰極與第二輸出二極管Do2的陰極，輸出電容Co的第一端及輸出負(fù)載Ro的第一端相連，電源Vin的負(fù)極與輸出電容Co的第二端及輸出負(fù)載Ro的第二端相連，內(nèi)置變壓器原邊繞組Tp和內(nèi)置變壓器副邊第一繞組Tsl及第二繞組Ts2同為一個內(nèi)置變壓器中的三個繞組，以原邊繞組Tp的第一端，副邊第一繞組Tsl的第一端和副邊第二繞組Ts2的第一端為內(nèi)置變壓器的同名端。
[0008]進(jìn)一步，第一箝位二極管Del、第二箝位二極管Dc2、第一輸出二極管Dol和第二輸出二極管Do2中的一個或多個改成同步整流管，均能正常工作。
[0009]本發(fā)明變換器工作時，利用內(nèi)置變壓器效應(yīng)拓展了變換器電壓增益，降低了功率開關(guān)管的電壓應(yīng)力，降低了功率器件的導(dǎo)通損耗。利用內(nèi)置變壓器的漏感實(shí)現(xiàn)了功率開關(guān)管的零電流開通；同時利用內(nèi)置變壓器的漏感還實(shí)現(xiàn)了輸出二極管的軟關(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(shí)現(xiàn)無損吸收；箝位二極管實(shí)現(xiàn)了自然關(guān)斷，無反向恢復(fù)；其電路結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，適用于高增益和高效率的分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電場合。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是: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，箝位二極管和輸出二極管開通時無電流過沖。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明的電路圖；

【具體實(shí)施方式】
[0012]參見圖1，本發(fā)明的含三繞組內(nèi)置變壓器結(jié)構(gòu)的高增益無源無損箝位變換器中，其特征在于:
[0013]第一輸入電感LI的第一端和第二輸入電感L2的第一端與電源Vin的正極相連，第一輸入電感LI的第二端與第一功率開關(guān)管SI的漏極，第一箝位二極管Dcl的陽極及內(nèi)置變壓器原邊繞組Tp的第一端相連，第二輸入電感L2的第二端與第二功率開關(guān)管S2的漏極，第二箝位二極管Dc2的陽極及內(nèi)置變壓器原邊繞組Tp的第二端相連，第一箝位二極管Dcl的陰極與第一箝位電容Ccl的第一端及內(nèi)置變壓器副邊第一繞組Tsl的第二端相連，第二箝位二極管Dc2的陰極與第二箝位電容Cc2的第一端及內(nèi)置變壓器副邊第二繞組Ts2的第一端相連，電源Vin的負(fù)極與第一功率開關(guān)管SI的源極，第二功率開關(guān)管S2的源極，第一箝位電容Ccl的第二端及第二箝位電容Cc2的第二端相連；
[0014]內(nèi)置變壓器副邊第一繞組Tsl的第一端與第二輸出二極管Dol的陽極相連，內(nèi)置變壓器副邊第二繞組Ts2的第二端與第二輸出二極管Do2的陽極相連，第一輸出二極管Dol的陰極與第二輸出二極管Do2的陰極，輸出電容Co的第一端及輸出負(fù)載Ro的第一端相連，電源Vin的負(fù)極與輸出電容Co的第二端及輸出負(fù)載Ro的第二端相連，內(nèi)置變壓器原邊繞組Tp和內(nèi)置變壓器副邊第一繞組Tsl及第二繞組Ts2同為一個內(nèi)置變壓器中的三個繞組，圖中由標(biāo)記了原邊繞組Tp，副邊第一繞組Tsl和第二繞組Ts2的同名端；
[0015]輸出電容Co兩端之間的電壓為Vout，能量最終傳遞給輸出負(fù)載Ro。
[0016]含三繞組內(nèi)置變壓器結(jié)構(gòu)的高增益無源無損箝位變換器在一個開關(guān)周期內(nèi)有八種工作過程，即第一功率開關(guān)管SI關(guān)斷與第一箝位二極管Dcl開通之間的換流；第一輸出二極管Dol開通過程；第一箝位二極管Dcl關(guān)斷過程；第一功率開關(guān)管SI開通與第一輸出二極管Dol關(guān)斷之間的換流；第二功率開關(guān)管S2關(guān)斷與第二箝位二極管Dc2開通之間的換流；第二輸出二極管Do2開通過程；第二箝位二極管Dc2關(guān)斷過程；第二功率開關(guān)管S2開通與第二輸出二極管Do2關(guān)斷之間的換流；
[0017]第一功率開關(guān)管SI關(guān)斷與第一箝位二極管Dcl開通之間的換流:
[0018]換流前，電路處于第一功率開關(guān)管SI和第二功率開關(guān)管S2導(dǎo)通，第一箝位二極管Del，第二箝位二極管Dc2，第一輸出二極管Dol和第二輸出二極管Do2關(guān)斷的穩(wěn)定工作狀態(tài)。當(dāng)?shù)谝还β书_關(guān)管SI關(guān)斷時，第一功率開關(guān)管SI上電壓迅速上升，第一箝位二極管Dcl兩端的電壓迅速下降至零，第一箝位二極管Dcl開通。第一輸入電感LI的電流通過第一箝位二極管Dcl流入第一箝位電容Cel。由于第一箝位電容Ccl的作用，第一功率開關(guān)管SI兩端的電壓被箝位為一定電壓值，實(shí)現(xiàn)了第一功率開關(guān)管SI的軟箝位關(guān)斷。
[0019]第一輸出二極管Do I開通過程:
[0020]第一箝位電容Ccl的電壓不斷上升，第一輸出二極管Dol的電壓不斷下降，最終第一輸出二極管Dol導(dǎo)通，能量轉(zhuǎn)移至輸出電容Co。
[0021]第一箝位二極管Dcl關(guān)斷過程:
[0022]隨著內(nèi)置變壓器原邊繞組Tp的電流不斷上升，第一箝位二極管Dcl的電流不斷下降，最終電流降至零，第一箝位二極管Dcl自然關(guān)斷。
[0023]第一功率開關(guān)管SI開通與第一輸出二極管IDol關(guān)斷之間的換流:
[0024]第一功率開關(guān)管SI開通前，第一箝位電容Ccl的能量正向輸出側(cè)轉(zhuǎn)移。第一功率開關(guān)管SI開通時，由于內(nèi)置變壓器漏感的限制，第一功率開關(guān)管SI的電流線性緩升，實(shí)現(xiàn)了零電流軟開通，減小了開通損耗。同時內(nèi)置變壓器的漏感電流以一定斜率線性下降至零，第一輸出二極管Dol的電流也跟隨內(nèi)置變壓器的漏感電流線性降至零，實(shí)現(xiàn)軟關(guān)斷，減小了反向恢復(fù)損耗。電路處于第一功率開關(guān)管SI和第二功率開關(guān)管S2導(dǎo)通，第一箝位二極管Del，第二箝位二極管Dc2，第一輸出二極管Dol和第二輸出二極管Do2關(guān)斷的穩(wěn)定工作狀態(tài)。
[0025]第二功率開關(guān)管S2關(guān)斷與箝第二位二極管Dc2開通之間的換流:
[0026]當(dāng)?shù)诙β书_關(guān)管S2關(guān)斷時，第二功率開關(guān)管S2上電壓迅速上升，第二箝位二極管Dc2兩端的電壓迅速下降至零，第二箝位二極管Dc2開通。第二輸入電感L2的電流通過第二箝位二極管Dc2流入第二箝位電容Cc2。由于第二箝位電容Cc2的作用，第二功率開關(guān)管S2兩端的電壓被箝位為一定電壓值，實(shí)現(xiàn)了第二功率開關(guān)管S2的軟箝位關(guān)斷。
[0027]第二輸出二極管Do2開通過程:
[0028]第二箝位電容Cc2的電壓不斷上升，第二輸出二極管Do2的電壓不斷下降，最終第二輸出二極管Do2導(dǎo)通，能量轉(zhuǎn)移至輸出電容Co。
[0029]第二箝位二極管Dc2關(guān)斷過程:
[0030]隨著內(nèi)置變壓器原邊繞組Tp的電流不斷上升，第二箝位二極管Dc2的電流不斷下降，最終電流降至零，第二箝位二極管Dc2自然關(guān)斷。
[0031]第二功率開關(guān)管S2開通與第二輸出二極管Do2關(guān)斷之間的換流:
[0032]第二功率開關(guān)管S2開通前，第二箝位電容Cc2的能量正向輸出側(cè)轉(zhuǎn)移。第二功率開關(guān)管S2開通時，由于內(nèi)置變壓器漏感的限制，第二功率開關(guān)管S2的電流線性緩升，實(shí)現(xiàn)了零電流軟開通，減小了開通損耗。同時內(nèi)置變壓器的漏感電流以一定斜率線性下降至零，第二輸出二極管Do2的電流也跟隨內(nèi)置變壓器的漏感電流線性降至零，實(shí)現(xiàn)軟關(guān)斷，減小了反向恢復(fù)損耗。電路處于第一功率開關(guān)管SI和第二功率開關(guān)管S2導(dǎo)通，第一箝位二極管Del，第二箝位二極管Dc2，第一輸出二極管Dol和第二輸出二極管Do2關(guān)斷的穩(wěn)定工作狀態(tài)。
【權(quán)利要求】
1.一種含三繞組內(nèi)置變壓器結(jié)構(gòu)的高增益無源無損箝位變換器，其特征在于: 第一輸入電感[1的第一端和第二輸入電感[2的第一端與電源VIII的正極相連，第一輸入電感11的第二端與第一功率開關(guān)管31的漏極，第一箝位二極管此1的陽極及內(nèi)置變壓器原邊繞組邛的第一端相連，第二輸入電感[2的第二端與第二功率開關(guān)管32的漏極，第二箝位二極管此2的陽極及內(nèi)置變壓器原邊繞組I？的第二端相連，第一箝位二極管104的陰極與第一箝位電容的第一端及內(nèi)置變壓器副邊第一繞組181的第二端相連，第二箝位二極管此2的陰極與第二箝位電容(^2的第一端及內(nèi)置變壓器副邊第二繞組182的第一端相連，電源VI！！的負(fù)極與第一功率開關(guān)管51的源極，第二功率開關(guān)管32的源極，第一箝位電容的第二端及第二箝位電容化2的第二端相連； 內(nèi)置變壓器副邊第一繞組181的第一端與第一輸出二極管001的陽極相連，內(nèi)置變壓器副邊第二繞組182的第二端與第二輸出二極管002的陽極相連，第一輸出二極管001的陰極與第二輸出二極管002的陰極，輸出電容(?的第一端及輸出負(fù)載00的第一端相連，電源VIII的負(fù)極與輸出電容(?的第二端及輸出負(fù)載％的第二端相連，內(nèi)置變壓器原邊繞組X？和內(nèi)置變壓器副邊第一繞組181及第二繞組182同為一個內(nèi)置變壓器中的三個繞組，以原邊繞組邛的第一端，副邊第一繞組！'81的第一端和副邊第二繞組！'82的第一端為內(nèi)置變壓器的同名端。
2.如權(quán)利要求1所述的含三繞組內(nèi)置變壓器結(jié)構(gòu)的高增益無源無損箝位變換器，其特征在于:第一箝位二極管此1、第二箝位二極管此2、第一輸出二極管001和第二輸出二極管002中的一個或多個改成同步整流管，均能正常工作。
【文檔編號】H02M3/335GK104506041SQ201410826968
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月26日
【發(fā)明者】李威辰, 趙一, 楊波 申請人:杭州禾邁電力電子技術(shù)有限公司