本發(fā)明涉及一種DC/DC變換器，具體是一種開關(guān)零電壓關(guān)斷雙路輸入高增益DC/DC變換器。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)有技術(shù)中，基本的兩相升壓型(Boost)交錯(cuò)并聯(lián)變換器，參見附圖1，包括一個(gè)直流輸入電源，兩個(gè)電感，兩個(gè)功率開關(guān)管和兩個(gè)輸出二極管。其中，第一個(gè)電感的輸入端與第二個(gè)電感的輸入端一起連接輸入電源的正極，第一個(gè)電感的輸出端接第一個(gè)輸出二極管的陽(yáng)極，第一個(gè)二極管的陰極與第二個(gè)二極管的陰極一起接輸出端電容的上端；在第一電感和第一個(gè)二極管的陽(yáng)極之間接第一功率開關(guān)的漏極，第一功率開關(guān)源極接變換器的負(fù)極；第二個(gè)電感的輸出端接第二個(gè)輸出二極管的陽(yáng)極，在第二電感和第二個(gè)二極管的陽(yáng)極之間接第二功率開關(guān)的漏極，第二功率開關(guān)源極接變換器的負(fù)極。

這種變換器輸入輸出電壓增益較小，功率開關(guān)管和二極管的電壓應(yīng)力均為輸出電壓，電壓應(yīng)力高，損耗較大。單路直流輸入電源，在現(xiàn)有的光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電等其他新能源發(fā)電相結(jié)合的場(chǎng)合下，已經(jīng)滿足不了要求了，不利于提高了能源的綜合利用率，增加了經(jīng)濟(jì)成本；同時(shí)開關(guān)管在導(dǎo)通和關(guān)斷過程中有顯著的開關(guān)損耗，導(dǎo)致工作效率不高，且在一些輸入輸出電壓差較大的場(chǎng)合，其輸入輸出升壓能力難以滿足要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種開關(guān)零電壓關(guān)斷雙路輸入高增益DC/DC變換器，通過運(yùn)用雙路直流電源輸入方式，使得光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等其他新能源發(fā)電得以相結(jié)合，提高了能源的綜合利用率，降低了經(jīng)濟(jì)成本，大大提高了能源的綜合利用率。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種開關(guān)零電壓關(guān)斷雙路輸入高增益DC/DC變換器，包括兩個(gè)直流輸入電源V_in1和V_in2，兩個(gè)功率電感L₁、L₂，兩個(gè)功率開關(guān)S₁、S₂，兩個(gè)零電壓關(guān)斷軟開關(guān)輔助電路，倍增模塊；

第一電感L₁和第二電感L₂的輸入端同時(shí)接雙端口輸入電源V_in1和V_in2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(guān)S₁和第二功率開關(guān)S₂的漏極，第一功率開關(guān)S₁和第二功率開關(guān)S₂的源極接雙端口輸入電源V_in1和V_in2的負(fù)極；兩個(gè)功率開關(guān)S₁、S₂的柵極分別接各自的控制器；

功率開關(guān)S₁對(duì)應(yīng)的零電壓關(guān)斷軟開關(guān)輔助電路，由二極管D₁和D₂和電容C₁組成。連接關(guān)系為：二極管D₁和D₂串聯(lián)，電容C₁的上端與二極管D₁、D₂串聯(lián)的節(jié)點(diǎn)相連，第一電感L₁的輸出端接二極管D₁的陽(yáng)極，第二電感L₂輸出端接電容C₁的下端，二極管D₂的陰極接二極管D_1a的陰極；

功率開關(guān)S₂對(duì)應(yīng)的零電壓關(guān)斷軟開關(guān)輔助電路，由二極管D₃和D₄和電容C₂組成。連接關(guān)系為：二極管D₃和D₄串聯(lián)，電容C₂的下端與二極管D₃、D₄串聯(lián)的節(jié)點(diǎn)相連，電容C₂的上端與第二電感L₂的輸出端連接，二極管D₃的陰極接直流輸入電源的負(fù)極，二極管D₄的陽(yáng)極接二極管D_1b的陽(yáng)極；

第一倍增模塊，由二極管D_1a、D_1b和電容C_1a、C_1b組成。連接關(guān)系為：二極管D_1a的陽(yáng)極與第二電感L₂的輸出端連接，二極管D_1a的陰極與電容C_1a的上端連接；電容C_1a與C_1b串聯(lián)在一起，二者的節(jié)點(diǎn)與第一電感L₁的輸出端相連；電容C_1b的下端與二極管D₄和D_1b的陽(yáng)極連接，二極管D_1b的陰極與二極管D₃的陰極接在一起，同時(shí)接在直流電源負(fù)極；

第二倍增模塊，由二極管D_2a、D_2b和電容C_2a、C_2b組成。連接關(guān)系為：二極管D_2a的陽(yáng)極與電容C_1a上端連接，二極管D_2a的陰極與電容C_2a的上端連接；電容C_2a與C_2b串聯(lián)在一起，二者的節(jié)點(diǎn)與第二電感L₂的輸出端相連；電容C_2b的下端與二極管D_2b的陽(yáng)極連接。負(fù)載電阻R的上端，連接電容C_2a的上端，電容C_2b的下端；

之后的倍增模塊依次接入；同時(shí)第一電感L₁輸出端與所有奇數(shù)個(gè)倍增模塊的上下兩個(gè)串聯(lián)電容之間的節(jié)點(diǎn)相連；第二電感L₂的輸出端與所有偶數(shù)倍增模塊的上下兩個(gè)電容之間的節(jié)點(diǎn)相連。

所述零電壓關(guān)斷軟開關(guān)輔助電路，為一個(gè)三端口單元，電容連接在兩個(gè)串聯(lián)的二極管中間節(jié)點(diǎn)上。

該變換器控制方式為交錯(cuò)控制策略。

本發(fā)明一種開關(guān)零電壓關(guān)斷雙路輸入高增益DC/DC變換器，有益效果如下：

1、本發(fā)明將兩種不同的新能源發(fā)電系統(tǒng)可以有效的接入到一個(gè)電路拓?fù)渲?，減少了經(jīng)濟(jì)成本的同時(shí)提高了能源使用效率。

2、本發(fā)明加入倍增模塊組成高增益升壓網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了2n倍于基本Boost升壓變換器的輸入輸出電壓增益，同時(shí)倍增模塊可以根據(jù)需要增減數(shù)量，拓寬了該變換器的應(yīng)用場(chǎng)合。

3、本電路中加入零電壓關(guān)斷軟開關(guān)輔助電路，使得功率開關(guān)S1、S2均實(shí)現(xiàn)了軟開關(guān)功能，減少了開關(guān)損耗，提高了工作效率。

4、電路中開關(guān)器件的電壓應(yīng)力大幅降低。

5、與現(xiàn)有的高增益升壓變換器相比，不含有變壓器和耦合電感，電路拓?fù)浜?jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有的兩相升壓型(Boost)交錯(cuò)并聯(lián)變換器電路原理圖。

圖2即為本發(fā)明具體實(shí)施方式中含2組倍增模塊的電路原理圖。

圖3是本發(fā)明中所采用的零電壓關(guān)斷軟開關(guān)輔助電路電路圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖2所示，以含有2個(gè)倍增模塊為例的一種含有軟開關(guān)的雙端口輸入高增益DC/DC變換器，由兩路輸入電源V_in1和V_in2、DC/DC升壓電路和軟開關(guān)輔助電路組成；包含兩個(gè)直流輸入電源V_in1和V_in2，兩個(gè)功率電感L₁、L₂，兩個(gè)功率開關(guān)S₁、S₂，六個(gè)二極管D₁、D₂、D₃、D₄、D_1a、D_1b、D_2a、D_2b和五個(gè)電容C₁、C₂、C_1a、C_1b、C_2a、C_2b。

第一電感L₁和第二電感L₂的輸入端分別接雙端口輸入電源V_in1和V_in2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(guān)S₁和第二功率開關(guān)S₂的漏極，第一功率開關(guān)S₁和第二功率開關(guān)S₂的源極接雙端口輸入電源V_in1和V_in2的負(fù)極；兩個(gè)功率開關(guān)S₁、S₂的柵極分別接各自的控制器。

S₁對(duì)應(yīng)的零電壓關(guān)斷軟開關(guān)輔助電路，由二極管D₁和D₂和電容C₁組成。連接關(guān)系為：二極管D₁和D₂串聯(lián)，電容C₁的上端與二極管D₁、D₂串聯(lián)的節(jié)點(diǎn)相連，第一電感L₁的輸出端接二極管D₁的陽(yáng)極，第二電感L₂輸出端接電容C₁的下端，二極管D₂的陰極接二極管D_1a的陰極；S₂對(duì)應(yīng)的零電壓關(guān)斷軟開關(guān)輔助電路，由二極管D₃和D₄和電容C₂組成。連接關(guān)系為：二極管D₃和D₄串聯(lián)，電容C₂的下端與二極管D₃、D₄串聯(lián)的節(jié)點(diǎn)相連，電容C₂的上端與第二電感L₂的輸出端連接，二極管D₃的陰極接直流輸入電源的負(fù)極，二極管D₄的陽(yáng)極接二極管D_1b的陽(yáng)極。

第一倍增模塊，由二極管D_1a、D_1b和電容C_1a、C_1b組成。連接關(guān)系為：二極管D_1a的陽(yáng)極與第二電感L₂的輸出端連接，二極管D_1a的陰極與電容C_1a的上端連接；電容C_1a與C_1b串聯(lián)在一起，二者的節(jié)點(diǎn)與第一電感L₁的輸出端相連；電容C_1b的下端與二極管D₄和D_1b的陽(yáng)極連接，二極管D_1b的陰極與二極管D₃的陰極接在一起，同時(shí)接在直流電源負(fù)極。

第二倍增模塊，由二極管D_2a、D_2b和電容C_2a、C_2b組成。連接關(guān)系為：二極管D_2a的陽(yáng)極與電容C_1a上端連接，二極管D_2a的陰極與電容C_2a的上端連接；電容C_2a與C_2b串聯(lián)在一起，二者的節(jié)點(diǎn)與第二電感L₂的輸出端相連；電容C_2b的下端與二極管D_2b的陽(yáng)極連接。負(fù)載電阻R的上端，連接電容C_2a的上端，電容C_2b的下端。

之后的倍增模塊依次接入；同時(shí)第一電感L₁輸出端與所有奇數(shù)個(gè)倍增模塊的上下兩個(gè)串聯(lián)電容之間的節(jié)點(diǎn)相連；第二電感L₂的輸出端與所有偶數(shù)倍增模塊的上下兩個(gè)電容之間的節(jié)點(diǎn)相連。

所述倍增模塊是由兩個(gè)二極管和兩個(gè)電容構(gòu)成的具有四個(gè)端口的單元，上側(cè)二極管的陽(yáng)極作為第一端口，上側(cè)二極管陰極與電容的節(jié)點(diǎn)作為第二端口，下側(cè)電容與下側(cè)二極管陽(yáng)極的節(jié)點(diǎn)作為第三端口，下側(cè)二極管陰極作為第四端口。

所述的一種開關(guān)零電壓關(guān)斷雙路輸入高增益DC/DC變換器相比于傳統(tǒng)的Boost升壓變換器具有4倍的增益比。

根據(jù)功率開關(guān)狀態(tài)的不同，可以將電路分為6種工作模態(tài)：

1.模態(tài)1：功率開關(guān)S₁、S₂均導(dǎo)通，此時(shí)兩路直流輸入電源通過功率開關(guān)S₁和功率開關(guān)S₂分別向電感L₁和電感L₂充電；電容C_2a、C_2b均在向輸出端放電；二極管D₁、D₂、D₃、D₄、D_1a、D_1b、D_2a、D_2b均關(guān)斷。

2.模態(tài)2：控制器控制功率開關(guān)S₁關(guān)斷，S₂導(dǎo)通，此時(shí)二極管D₁導(dǎo)通，直流電源V_in1、電感L₁的電流通過二極管D₁給電容C₁充電，后經(jīng)S₂流回電源負(fù)極；這時(shí)電容C₁電壓上升，當(dāng)U_c1=U_c1b時(shí)充電完成，二極管D₁關(guān)斷；該過程中開關(guān)S₁實(shí)現(xiàn)零電壓關(guān)斷；在C₁充電的同時(shí)，電感L₁的另一部分電流，流過電容C_1b，二極管D₄，電容C₂，此過程電容C_1b充電，電容C₂放電，直到U_c2=0時(shí)為止，此時(shí)二極管D₄關(guān)斷。整個(gè)模態(tài)：低壓輸入電源V_in1、電感L₁、電容C₂、C_2a、C_2b均處于放電狀態(tài)，C_1b處于充電狀態(tài)；此時(shí)功率開關(guān)S₂保持導(dǎo)通狀態(tài)，直流電源V_in2通過功率開關(guān)S₂向電感L₂充電；二極管D₂、D₃、D_1a、D_2a、D_1b、D_2b均關(guān)斷。

3.模態(tài)3：同模態(tài)2功率開關(guān)S₁關(guān)斷，S₂導(dǎo)通，當(dāng)模態(tài)2中的電容C₁充電完成時(shí)，二極管D₁關(guān)斷，C₂放電完成時(shí)，二極管D₄關(guān)斷，此時(shí)電感L₁的電流在經(jīng)過C_1a、C_1b之間的節(jié)點(diǎn)時(shí)分流，一部分通過電容C_1a、二極管D_2a、電容C_2a及開關(guān)S₂流回電源負(fù)極，電容C_1a放電，電容C_2a充電；第二部分電流流過電容C_2a分流，流過負(fù)載電阻R，電容C_2b，此過程電容C_2b放電；經(jīng)過C_1a、C_1b之間的節(jié)點(diǎn)時(shí)的第三部分電流通過電容C_1b、二極管D_1b流回電源負(fù)極，此時(shí)電容C_1b處于充電狀態(tài)；整個(gè)模態(tài)：兩路輸入直流電源、電感L₁、電容C_1a、C_2b處于放電狀態(tài)，電容C_1b、C_2a均處于充電狀態(tài)；此時(shí)功率開關(guān)S₂保持導(dǎo)通狀態(tài)，低壓電源通過功率開關(guān)S₂向電感L₂充電；二極管D₁、D₂、D₃、D₄、D_1a、D_2b均關(guān)斷。

4.模態(tài)4：同模態(tài)1，功率開關(guān)S₁、S₂均導(dǎo)通，此時(shí)兩路直流輸入電源通過功率開關(guān)S₁和功率開關(guān)S₂分別向電感L₁和電感L₂充電；電容C_2a、C_2b均在向輸出端放電；二極管D₁、D₂、D₃、D₄、D_1a、D_1b、D_2a、D_2b均關(guān)斷。

5.模態(tài)5：控制器控制功率開關(guān)S₁導(dǎo)通，S₂關(guān)斷，此時(shí)輸入電源V_in2和電感L₂的電流一部分，通過電容C₂、二極管D₃，流回電源負(fù)極；這時(shí)電容C₂電壓上升，當(dāng)U_c2=U_c1a時(shí)，二極管D₃關(guān)斷；該過程中開關(guān)S₂實(shí)現(xiàn)零電壓關(guān)斷；另一部分電流通過電容C₁、二極管D₂、電容C_1a及開關(guān)S₁流回電源負(fù)極，電容C₁放電，電容C_1a充電，當(dāng)電容C₁的電壓U_c1下降至0時(shí)，二極管D₂關(guān)斷，電容C₁放電完成；整個(gè)模態(tài)：低壓輸入電源、電感L₂、電容C₁、C_2a、C_2b放電，電容C₂、C_1a處于充電狀態(tài)，此時(shí)功率開關(guān)S₁保持導(dǎo)通狀態(tài)，直流輸入電源V_in1通過功率開關(guān)S₁向電感L₁充電；二極管D₁、D₄、D_1a、D_2a、D_1b、D_2b均關(guān)斷。

6.模態(tài)6：當(dāng)模態(tài)5的中的C₁放電完成時(shí)，二極管D₂關(guān)斷，此時(shí)二極管D_1a導(dǎo)通，電感L₂的電流在經(jīng)過D_1a陽(yáng)極下端的結(jié)點(diǎn)時(shí)分流，第一部分通過二極管D_1a、電容C_1a及開關(guān)S₁流回電源負(fù)極，電容C_1a充電；第二部分電流通過電容C_2b，二極管D_2b、電容C_1b以及開關(guān)S₁流回電源負(fù)極；第三部分電流流過負(fù)載電阻R，電容C_2b，此過程電容C_2b放電；整個(gè)模態(tài)：電容C_1a、C_2b充電，電容C_1b 、C_2a處于放電狀態(tài)，二極管D₁、D₂、D₃、D₄、D_1b、D_2a均關(guān)斷。

綜上所述，該拓?fù)浣鉀Q了變換器工作效率不高升壓能力不夠等問題，采用多路輸入可以實(shí)現(xiàn)新能源接入利用率的最大化，且開關(guān)管的電壓應(yīng)力也得到了降低，并且升壓增益可調(diào)，可靈活應(yīng)用于對(duì)升壓能力要求高的場(chǎng)合。

本發(fā)明的上述實(shí)施范例僅僅是為說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其他不同形式的變化和變動(dòng)。這里無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引申出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。