本實(shí)用新型涉及一種DC-DC變換器，具體是一種含有軟開關(guān)的兩端口輸入ZVT高增益Boost變換器。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)中，大多是基本的一端口輸入升壓型(Boost)變換器，其結(jié)構(gòu)較為簡單，具備升壓能力，但是升壓能力不足，開關(guān)管導(dǎo)通或關(guān)斷過程中的導(dǎo)通損耗大，相關(guān)器件電壓應(yīng)力大，能量的利用率低，從而導(dǎo)致變換器整體工作效率不高。由于變換器本身結(jié)構(gòu)和升壓能力的限制，不足以勝任一些需要多端口輸入和輸入輸出電壓差較大的場合，例如:電動(dòng)汽車系統(tǒng)、光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)等，從而導(dǎo)致應(yīng)用范圍較窄。這些問題引起了越來越多的國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，經(jīng)過研究提出了相應(yīng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或者解決方案。經(jīng)分析，現(xiàn)有的具有高增益能力的電路拓?fù)?，主要可分為三種：第一種是借助變壓器，在原有的DC-DC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上添加一個(gè)或多個(gè)高頻變壓器，通過改變高頻變壓器的變比實(shí)現(xiàn)高增益升壓的目的，但這種方案電能經(jīng)過了多次轉(zhuǎn)換，整個(gè)系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率較低；第二種是采用耦合電感實(shí)現(xiàn)高增益升壓，耦合電感的使用，能夠?qū)崿F(xiàn)大電壓變比，但是存在漏感，并且常會(huì)引起開關(guān)器件電壓應(yīng)力過高，且會(huì)帶來電磁干擾等影響。第三種是利用開關(guān)電容，盡管這種方案可以實(shí)現(xiàn)大變比升壓，但是由于開關(guān)器件過多，使得電路的控制過于復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)中變換器不能多端口輸入，升壓能力不夠，能量轉(zhuǎn)換效率低，開關(guān)損耗較大，升壓能力不可調(diào)等技術(shù)問題。本實(shí)用新型提供一種含有軟開關(guān)的兩端口輸入ZVT高增益Boost變換器，其電路拓?fù)洳淮嬖谧儔浩骱婉詈想姼?，EMI特性好，軟開關(guān)輔助電路可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)管零電壓關(guān)斷，大幅降低開關(guān)管的損耗，提高了變換器整體工作效率。

本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案為：

一種含有軟開關(guān)的兩端口輸入ZVT高增益Boost變換器，包括

兩個(gè)輸入電源V1、V2，兩個(gè)電感L1、L2，兩個(gè)功率開關(guān)S1、S2，兩個(gè)輸出二極管D₀₁、D₀₂、倍壓單元、軟開關(guān)輔助電路；

第一電感L₁和第二電感L₂的輸入端分別接兩個(gè)電源V₁、V₂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)的漏極，第一功率開關(guān)S₁和第二功率開關(guān)S₂的源極接入電源V₁、V₂的負(fù)極；兩個(gè)功率開關(guān)S₁、S₂的柵極分別接入各自的控制器；兩個(gè)功率開關(guān)S₁、S₂的驅(qū)動(dòng)相位之間相差180°，即采用交錯(cuò)控制策略；

第一電感L₁的輸出接倍壓單元的第一接口，倍壓單元的第四接口接軟開關(guān)輔助電路的第一個(gè)接口，同時(shí)經(jīng)過正向連接的輸出二極管D₀₁接變換器輸出端的正極，軟開關(guān)輔助電路的第四個(gè)接口接變換器輸出端的正極；第二電感L₂的輸出接倍壓單元的第二接口，倍壓單元的第三接口接軟開關(guān)輔助電路的第二個(gè)接口，同時(shí)經(jīng)過正向連接的輸出二極管D₀₂接變換器輸出端的正極，軟開關(guān)輔助電路的第三個(gè)接口接變換器輸出端的正極；變換器輸出端的負(fù)極與兩個(gè)輸入電源V₁、V₂的負(fù)極相連；變換器輸出端的正極和負(fù)極之間還接有輸出濾波電容C₀；

其中，倍壓單元由兩個(gè)二極管和兩個(gè)電容構(gòu)成有四個(gè)端口的單元，第一個(gè)端口經(jīng)過二極管D₁接第三端口，并且第一端口經(jīng)電容C₁接第四端口；第二個(gè)端口經(jīng)過二極管D₂接第四端口，并且第二端口經(jīng)電容C₂接第三端口；

軟開關(guān)輔助電路由四個(gè)二極管和兩個(gè)電容構(gòu)成有四個(gè)端口的單元，第一個(gè)端口經(jīng)過二極管D_a1、D_a2接第三端口，并且第一端口經(jīng)電容C_a1、D_a4接第四端口；第二個(gè)端口經(jīng)過二極管D_a3、D_a4接第四端口，并且第二端口經(jīng)電容C_a2、D_a2接第三端口。

所述倍壓單元為n個(gè)，n為自然數(shù)，取值范圍為n≥1。

第一個(gè)倍壓單元的第四個(gè)端口接第二個(gè)倍壓單元的第一個(gè)端口，以此類推，一直到第n個(gè)倍壓單元；第n個(gè)倍壓單元的第四個(gè)端口接軟開關(guān)輔助電路的第一個(gè)接口，同時(shí)經(jīng)過正向連接的輸出二極管D₀₁接變換器輸出端的正極，軟開關(guān)輔助電路的第四個(gè)接口接變換器輸出端的正極；

第一個(gè)倍壓單元的第三個(gè)端口接第二個(gè)倍壓單元的第二個(gè)端口，以此類推，一直到第n個(gè)倍壓單元；第n個(gè)倍壓單元的第三接口接軟開關(guān)輔助電路的第二個(gè)接口，同時(shí)經(jīng)過正向連接的輸出二極管D₀₂接變換器輸出端的正極，軟開關(guān)輔助電路的第三個(gè)接口接變換器輸出端的正極。

本實(shí)用新型一種含有軟開關(guān)的兩端口輸入ZVT高增益Boost變換器，技術(shù)效果如下：

1：本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了兩路輸入高增益，并且兩路輸入均可調(diào)，兩輸入端口的電壓等級(jí)可以不一致，實(shí)現(xiàn)不同電壓等級(jí)的接入，擴(kuò)展了應(yīng)用范圍。

2：本發(fā)明加入倍增單元組成高增益升壓網(wǎng)絡(luò)，電路中每增加一個(gè)倍壓單元，則該電路的增益效果在原有的基礎(chǔ)上增加一倍，當(dāng)有n個(gè)倍壓單元時(shí)，電路的增益比會(huì)達(dá)到基本電路的(n+1)倍；此電路具有高增益升壓能力，每路輸出均可控，根據(jù)不同應(yīng)用場合，可以設(shè)計(jì)不同倍壓單元數(shù)量的變換器。

3：本電路中加入軟開關(guān)輔助電路，使得功率開關(guān)S₁、S₂均實(shí)現(xiàn)了無損零電壓關(guān)斷，減少了開關(guān)損耗，提高了工作效率。電路中開關(guān)器件的電壓應(yīng)力大幅降低，可選擇的范圍較廣。

4：與現(xiàn)有的高增益升壓變換器相比，本發(fā)明電路拓?fù)洳缓凶儔浩骱婉詈想姼校珽MI特性好，設(shè)計(jì)簡單，采用交錯(cuò)并聯(lián)控制方法。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施方式含有n個(gè)倍壓單元時(shí)的一般電路原理圖。

圖2是本實(shí)用新型ZVT高增益升壓變換器一實(shí)施例的電路原理圖。

圖3是本實(shí)用新型中采用的單一倍壓單元的電路圖。

圖4是本實(shí)用新型中采用的軟開關(guān)輔助電路的電路圖。

具體實(shí)施方式

如圖2所示，一種兩端口輸入ZVT高增益升壓型直流變換器，由低壓輸入電源、DC-DC升壓電路和軟開關(guān)輔助電路組成；所述的兩端口輸入ZVT高增益升壓型(Boost)變換器包含兩個(gè)輸入電源V₁、V₂，兩個(gè)電感L₁、L₂，兩個(gè)功率開關(guān)S₁、S₂，兩個(gè)輸出二極管D₀₁、D₀₂、一個(gè)倍壓單元以及軟開關(guān)輔助電路；倍壓單元數(shù)量可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場合來確定。

第一電感L₁和第二電感L₂的輸入端分別接兩個(gè)電源V₁、V₂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)的漏極，第一功率開關(guān)S₁和第二功率開關(guān)S₂的源極接入電源V₁、V₂的負(fù)極；兩個(gè)功率開關(guān)S₁、S₂的柵極分別接入各自的控制器；兩個(gè)功率開關(guān)S₁、S₂的驅(qū)動(dòng)相位之間相差180°,即采用交錯(cuò)控制策略；

第一電感L₁的輸出接倍壓單元的第一接口，倍壓單元的第四接口接軟開關(guān)輔助電路的第一個(gè)接口，同時(shí)經(jīng)過正向連接的輸出二極管D₀₁接變換器輸出端的正極，軟開關(guān)輔助電路的第四個(gè)接口接變換器輸出端的正極；第二電感L₂的輸出接倍壓單元的第二接口，倍壓單元的第三接口接軟開關(guān)輔助電路的第二個(gè)接口，同時(shí)經(jīng)過正向連接的輸出二極管D₀₂接變換器輸出端的正極，軟開關(guān)輔助電路的第三個(gè)接口接變換器輸出端的正極；變換器輸出端的負(fù)極與兩個(gè)輸入電源V₁、V₂的負(fù)極相連；變換器輸出端的正極和負(fù)極之間還接有輸出濾波電容C₀；

如圖3所示，倍壓單元由兩個(gè)二極管和兩個(gè)電容構(gòu)成有四個(gè)端口的單元，第一個(gè)端口經(jīng)過二極管D₁接第三端口，并且第一端口經(jīng)電容C₁接第四端口；第二個(gè)端口經(jīng)過二極管D₂接第四端口，并且第二端口經(jīng)電容C₂接第三端口；

參見圖4，軟開關(guān)輔助電路由四個(gè)二極管和兩個(gè)電容構(gòu)成有四個(gè)端口的單元，第一個(gè)端口經(jīng)過二極管D_a1、D_a2接第三端口，并且第一端口經(jīng)電容C_a1、D_a4接第四端口；第二個(gè)端口經(jīng)過二極管D_a3、D_a4接第四端口，并且第二端口經(jīng)電容C_a2、D_a2接第三端口；

所述的ZVS高增益升壓型變換器相比于基礎(chǔ)Boost變換器具有2倍增益比，該變換器的輸出電壓可控，兩路輸入均可獨(dú)立控制。

根據(jù)功率開關(guān)狀態(tài)和電路運(yùn)行過程，可以將電路分為5種工作狀態(tài)：

(1)模態(tài)1：功率開關(guān)S₁、S₂均導(dǎo)通，此時(shí)低壓電源V₁、V₂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；二極管D₁、二極管D₂、二極管D₀₁、二極管D₀₂、二極管D_a1、二極管D_a2、二極管D_a2、二極管D_a3、二極管D_a4均關(guān)斷；

(2)模態(tài)2：功率開關(guān)S₁導(dǎo)通，功率開關(guān)S₂關(guān)斷，此時(shí)低壓電源V₁通過功率開關(guān)S₁向電感L₁充電，低壓電源V₂通過電感L₂、電容C₂、電容C_a2和二極管D_a2向負(fù)載供電，同時(shí)低壓電源V₂通過電感L₂、電容C₂和二極管D_a3給電容C_a1充電，此模態(tài)電感L₂、電容C₂、電容C_a2放電，電容Ca1充電，直至電容C_a2的電壓下降為0，并且電容C_a1的電壓上升為V₁/(1-D₁)，該過程中當(dāng)開關(guān)S₂關(guān)斷，開關(guān)S₂端電壓上升速度被電容C_a2限制，其上升速率和電容C_a2端電壓下降速度一致，因此開關(guān)S₂實(shí)現(xiàn)零電壓關(guān)斷；二極管D₁、二極管D₂、二極管D₀₁、二極管D₀₂、二極管D_a1、二極管D_a2、二極管D_a4均關(guān)斷；

(3)模態(tài)3：功率開關(guān)S₁導(dǎo)通，功率開關(guān)S₂關(guān)斷，此時(shí)低壓電源V₁通過功率開關(guān)S₁向電感L₁充電；低壓電源V₂通過電感L₂和二極管D₂給電容C₁充電，同時(shí)低壓電源V₂通過電感L₂、電容C₂和二極管D₀₂向負(fù)載供電；二極管D₁、二極管D₀₁、二極管D_a1、二極管D_a2、二極管D_a2、二極管D_a3、二極管D_a4均關(guān)斷；

(4)模態(tài)4：功率開關(guān)S₂導(dǎo)通，功率開關(guān)S₁關(guān)斷，此時(shí)低壓電源V₂通過功率開關(guān)S₂向電感L₂充電，低壓電源V₁通過電感L₁、電容C₁、電容C_a1和二極管D_a4向負(fù)載供電，同時(shí)低壓電源V₁通過電感L₁、電容C₁和二極管D_a1給電容C_a2充電，此模態(tài)電感L₁、電容C₁、電容C_a1放電，電容Ca2充電，直至電容C_a1的電壓下降為0，并且電容C_a2的電壓上升為V₂/(1-D₂)，該過程中當(dāng)開關(guān)S₁關(guān)斷，開關(guān)S₁端電壓上升速度被電容C_a1限制，其上升速率和電容C_a1端電壓下降速度一致，因此開關(guān)S₁實(shí)現(xiàn)零電壓關(guān)斷；二極管D₁、二極管D₂、二極管D₀₁、二極管D₀₂、二極管D_a2、二極管D_a2、二極管D_a3均關(guān)斷；

(5)模態(tài)5：功率開關(guān)S₂導(dǎo)通，功率開關(guān)S₁關(guān)斷，此時(shí)低壓電源V₂通過功率開關(guān)S₂向電感L₂充電；低壓電源V₁通過電感L₁和二極管D₁給電容C₂充電，同時(shí)低壓電源V₁通過電感L₁、電容C₁和二極管D₀₁向負(fù)載供電；二極管D₂、二極管D₀₂、二極管D_a1、二極管D_a2、二極管D_a2、二極管D_a3、二極管D_a4均關(guān)斷；

綜上所述，本電路能夠?qū)崿F(xiàn)兩路輸入，輸入端口電壓等級(jí)可以不一致，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功率開關(guān)的無損零電壓關(guān)斷，并且在加入軟開關(guān)輔助電路后，因輔助電路沒有開關(guān)管，所以并不影響原變換器的控制方式及工作特性，還是由控制器控制兩相功率開關(guān)的占空比每相之間相位差180°，各相占空比大小由輸入輸出關(guān)系確定；該兩端口輸入變換器升壓能力強(qiáng)，有效降低了開關(guān)管的損耗，提高了變換器的能力轉(zhuǎn)換效率。上述實(shí)施范例僅僅是為了工作原理闡述簡單而采用了具有一個(gè)倍壓單元的增益模塊，在實(shí)際中可根據(jù)具體應(yīng)用場合設(shè)計(jì)相應(yīng)的倍壓單元數(shù)量，以達(dá)到與應(yīng)用場合匹配和降低成本的目的。

本實(shí)用新型的上述實(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)。這里無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡是屬于本實(shí)用新型的技術(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。