CN102946194B - 一种高增益交错并联升压型变换器 - Google Patents

一种高增益交错并联升压型变换器 Download PDF

Info

Publication number
CN102946194B
CN102946194B CN201210534363.4A CN201210534363A CN102946194B CN 102946194 B CN102946194 B CN 102946194B CN 201210534363 A CN201210534363 A CN 201210534363A CN 102946194 B CN102946194 B CN 102946194B
Authority
CN
China
Prior art keywords
diode
power switch
inductance
voltage doubling
port
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201210534363.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102946194A (zh
Inventor
罗全明
邾玢鑫
周雒维
孙鹏菊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chongqing University
Original Assignee
Chongqing University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chongqing University filed Critical Chongqing University
Priority to CN201210534363.4A priority Critical patent/CN102946194B/zh
Publication of CN102946194A publication Critical patent/CN102946194A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102946194B publication Critical patent/CN102946194B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本发明提供一种高增益交错并联升压变换器，包含两个电感，两个功率开关，一个输出二极管和倍压单元；所述倍压单元由一个二极管和一个电容构成具有三个端口的单元，第一端口接电容的一端，电容的另一端与二极管阴极的节点作为第二端口，二极管的阳极端作为第三端口。电路中每增加一个倍压单元都可在原电路的增益基础之上提高一倍的基础增益，也就是说若在电路中增加n个倍压单元，则该电路的增益比就是基本升压变换器的(n+1)倍。与现有的高增益升压变换器相比，本发明电路拓扑简单，不存在耦合电感(EMI小)，并且可以大幅降低开关器件的电压应力，这样变换器整体工作效率得到了提高。

Description

一种高增益交错并联升压型变换器
技术领域
本发明涉及一种直流-直流变换器，具体说是一种高增益交错并联升压型变换器。
背景技术
现有技术中，基本的升压型(Boost)交错并联变换器，见附图1（以两相交错并联为例），它包括两个电感，两个功率开关管，两个输出二极管。其中，第一个电感的输入端与第二个电感的输入端一起连接输入电源的正极，输出端接第一个输出二极管的阳极，第一个二极管的阴极与第二个二极管的阴极一起接变换器输出端的正极；在第一电感和第一个二极管的阳极之间接第一功率开关的漏极，第一功率开关源极接变换器的负极；第二个电感的输出端接第二个输出二极管的阳极，在第二电感和第二个二极管的阳极之间接第二功率开关的漏极，第二功率开关源极接变换器的负极。这种基本升压型交错并联变换器输出电压增益较小，且功率开关管和二极管的电压应力均为输出电压，所以损耗也较大。在一些输入输出电压差较大的场合难以胜任，如光伏电池并网，X光机电源等。近年来，相继出现了一些具有高增益能力的电路拓扑，主要有三种。第一种借助于变压器，在原有的直流-直流变换器中间加入一个高频的变压器，通过改变变压器变比实现高增益升压的目的。但此时，电能的转化过程实际上由原来的直流-直流，变为直流-交流-交流-直流，整个系统的能量转换效率降低了。第二种是利用开关电容的方法实现高增益升压，但此种方案所需开关器件过多，控制复杂，因而也不常用。第三种是利用耦合电感来实现高增益升压，但耦合电感的使用，同样会引起开关器件电压应力过高，并且会带来电磁干扰等影响，导致变换器工作损耗较大。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明解决现有变换器存在能量转换效率降低、开关器件过多、开关管和二极管电压应力大等问题，提供一种具有高增益能力的交错并联升压型直流-直流变换器。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种高增益交错并联升压变换器，其特征在于，包含两个电感L1、L2，两个功率开关S1、S2，一个输出二极管D0和倍压单元；其电路连接关系为：
第一电感L1和第二电感L2的输入端同时接输入电源的正极，第一电感L1和第二电感L2的输出端分别接第一功率开关S1和第二功率开关S2的漏极，第一功率开关S1和第二功率开关S2的源极接输入电源的负极；两个功率开关S1、S2的栅极分别接各自的控制器，两个功率开关S1、S2的驱动相位之间相差180o，即采用交错控制策略；
第一电感L1的输出接倍压单元的第一接口，倍压单元的第二接口经过正向连接的输出二极管D0接变换器输出端的正极；第二电感L2的输出接倍压单元的第三接口，倍压单元的第三接口经过二极管接变换器输出端的正极；变换器输出端的负极与输入电源的负极相连；变换器输出端的正极和负极之间还接有电容C0；
其中，倍压单元由一个二极管和一个电容构成具有三个端口的单元，第一端口接电容的一端，电容的另一端与二极管阴极的节点作为第二端口，二极管的阳极端作为第三端口。
进一步，所述倍压单元为n个单元组合而成， ；n个倍压单元按顺序交错接入，即：
第n个倍压单元的第一端口接第n－1个倍压单元的第三端口，第n个倍压单元的第三端口接第n－1个倍压单元的第二端口，以此类推，一直到n个倍压单元。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、本发明利用倍压单元实现变换器的高增益输出，电路中每增加一个倍压单元都可在原电路的增益基础之上提高1倍的基础增益，也就是说若在电路中增加n个倍压单元，则该电路的增益比就是基本升压变换器的(n+1)倍。与现有的高增益升压变换器相比，本发明电路拓扑简单，不存在耦合电感(EMI小)，不存在变压器，并且可以大幅降低开关器件的电压应力，这样变换器整体工作效率得到了提高。
2、该变换器功率开关管和二极管电压应力小，因此可以选择的范围较广，同时结构简单，不增加控制难度，成本低且无能量损耗；可以完成直流-直流高增益升压任务，比如光伏电池到并网逆变器所需直流母线之间的直流-直流高增益升压任务。
3、每一个变换器根据应用场合不同，可以设计采用不同数量的倍压单元，且每一路输入的电流和输出电压均可控。
附图说明
图1是现有的基本升压型(Boost)交错并联变换器电路原理图。
图2是本发明高增益交错并联升压型变换器一实施方式电路原理图。
图3是本发明高增益交错并联升压型变换器中单一倍压单元的电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图2所示，一种具有高增益能力的交错并联升压变换器，包括低压输入电源和DC/DC升压电路组成；所述高增益交错并联型直流-直流变换器包含两个电感L1、L2，两个功率开关S1、S2，一个输出二极管D0和3个倍压单元（3个二极管和3个电容构成）；
如图3所示，倍压单元由一个二极管和一个电容构成具有三个端口的单元，第一端口接电容的一端，电容的另一端与二极管阴极的节点作为第二端口，二极管的阳极端作为第三端口。
第一电感L1的输入端接输入电源的正极，输出端接第三个倍压单元的第一接口即电容C3的一端，C3的另一端与该倍压单元的第二端口（与二极管D3的阴极以及第二个倍压单元的第三端口即二极管D2的阳极）相连，二极管D2的阳极同时与第一个倍压单元的第一端口即电容C1的一端相连，电容C1的另一端与该倍压单元的第二端口（该倍压单元内二极管D1的阴极以及输出二极管D0的阳极）相连，二极管D0的阴极连接变换器输出端的正极即输出滤波电容C0的正极；在第一电感L1、第三个倍压单元的结点和变换器的负极之间接第一功率开关S1的漏极，第一功率开关S1源极接变换器的负极；
第二电感L2的输入端接输入电源的正极，输出端接第三个倍压单元的第三接口即二极管D3的阳极，第三个倍压单元的第三接口即二极管D3的阳极接第二个倍压单元的第一接口即电容C2的一端，电容C2的另一端与该倍压单元的第三接口（该倍压单元内二极管D2的阴极以及第一个倍压单元的第三接口即二极管D1的阳极）相连，第一个倍压单元的第一接口悬空；在第二电感L2和第三个倍压单元的结点和变换器的负极之间接第二功率开关S2的漏极，第二功率开关S2源极接变换器的负极；变换器输出端的正极和负极之间还接有输出滤波电容C0。
根据功率开关状态的不同，可以将电路分为三种工作状态：
（1）控制器控制功率开关S1关断，功率开关S2导通，此时低压电源通过电感L1、电容C3和二极管D2向电容C2充电，同时低压电源通过电感L1、电容C3、电容C1和二极管D0向高压直流母线供电；此时功率开关S2保持开通状态，低压电源通过功率开关S2向电感L2充电；二极管D3和二极管D1均关断。
（2）控制器控制功率开关S2关断，功率开关S1导通，此时低压电源通过电感L2、和二极管D3向电容C1充电，同时低压电源通过电感L2、电容C2和二极管D1向电容C1和电容C3充电；此时功率开关S1保持开通状态，低压电源通过功率开关S1向电感L1充电；二极管D2和二极管D0均关断。
（3）功率开关均导通，此时低压电源通过功率开关S1和功率开关S2分别向电感L1和电感L2充电；二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D0均关断。
在本发明的具体实施方式中，功率开关根据系统中所需直流母线电压的不同，而选择不同电压应力的开关器件。值得注意的是，开关管的电压应力均只有高压直流母线的四分之一。
本发明使用的功率开关为开关器件，功率开关的开启与关闭受到控制器的控制，上述的4倍高增益升压电路，由控制器控制两相功率开关的占空比每相之间相位相差180°。其各相占空比大小根据输入输出关系决定。所述的高增益交错并联变换器相比于基本的交错并联Boost升压变换器具有4倍的增益比，且该变换器的两相输入电流具有自动平衡的能力。该变换器输入端连接电压供电模块(光伏电池、燃料电池等)，输出电压可控的高压直流电。
综上所述，该电路拓扑结构简单，升压能力强，适合应用于一些输入输出电压差较大的场合。
实施范例仅仅是为了工作原理阐述简单而采用了具有三个倍压单元的高增益交错并联升压变换器，在实际的应用中，能够根据实际应用情况合理选择倍压单元的个数，已达到优化效率和成本的目的。
本发明的上述实施范例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (1)

1.一种高增益交错并联升压变换器，其特征在于，包括输入电源；还包含两个电感L1、L2，两个功率开关S1、S2，一个输出二极管D0和3个倍压单元；
所述3个倍压单元分别由一个二极管D1、D2或D3和一个电容C1、C2或C3构成具有三个端口的单元；第一端口接电容的一端，电容的另一端与二极管阴极的节点作为第二端口，二极管的阳极端作为第三端口；
第一电感L1的输入端接输入电源的正极，输出端接第三倍压单元的第一端口；第二电感L2的输入端接输入电源的正极，输出端接第三倍压单元的第三端口；
三个倍压单元的连接关系为：第三倍压单元的第三端口接第二倍压单元的第一端口，第三倍压单元的第二端口接第二倍压单元的第三端口；第二倍压单元的第二端口接第一倍压单元的第三端口，第二倍压单元的第三端口接第一倍压单元的第一端口；
第一倍压单元的第二端口接输出二极管D0的阳极，输出二极管D0的阴极接变换器输出端的正极；
变换器输出端的正极和负极之间还接有输出滤波电容C0；
第一电感L1和第二电感L2的输入端同时接输入电源的正极，第一电感L1和第二电感L2的输出端分别接第一功率开关S1和第二功率开关S2的漏极，第一功率开关S1和第二功率开关S2的源极接输入电源的负极；两个功率开关S1、S2的栅极分别接各自的控制器，两个功率开关S1、S2的驱动相位之间相差180o，即采用交错控制策略；
根据功率开关状态的不同，将高增益交错并联升压变换器电路分为三种工作状态：
（1）控制器控制功率开关S1关断，功率开关S2导通，此时输入电源通过电感L1、电容C3和二极管D2向电容C2充电，同时输入电源通过电感L1、电容C3、电容C1和二极管D0向高压直流母线供电；此时功率开关S2保持开通状态，输入电源通过功率开关S2向电感L2充电；二极管D3和二极管D1均关断；
（2）控制器控制功率开关S2关断，功率开关S1导通，此时输入电源通过电感L2、和二极管D3向电容C1充电，同时输入电源通过电感L2、电容C2和二极管D1向电容C1和电容C3充电；此时功率开关S1保持开通状态，输入电源通过功率开关S1向电感L1充电；二极管D2和二极管D0均关断；
（3）功率开关均导通，此时输入电源通过功率开关S1和功率开关S2分别向电感L1和电感L2充电；二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D0均关断。
CN201210534363.4A 2012-12-12 2012-12-12 一种高增益交错并联升压型变换器 Active CN102946194B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210534363.4A CN102946194B (zh) 2012-12-12 2012-12-12 一种高增益交错并联升压型变换器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210534363.4A CN102946194B (zh) 2012-12-12 2012-12-12 一种高增益交错并联升压型变换器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102946194A CN102946194A (zh) 2013-02-27
CN102946194B true CN102946194B (zh) 2016-02-03

Family

ID=47729112

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210534363.4A Active CN102946194B (zh) 2012-12-12 2012-12-12 一种高增益交错并联升压型变换器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102946194B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT525258A4 (de) * 2022-02-10 2023-02-15 Felix Himmelstoss Dipl Ing Dr Techn Hochsetzer mit reduzierter Bauteilbelastung

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103296884A (zh) * 2013-06-20 2013-09-11 南京航空航天大学 一种低纹波双输出非隔离升压直流变换器及其控制方法
CN103391001B (zh) * 2013-08-05 2016-02-10 江苏博纬新能源科技有限公司 用于光伏逆变器mppt环节的高增益dc/dc变换器
CN103618446A (zh) * 2013-12-16 2014-03-05 厦门大学 一种带耦合电感和开关电容的无源箝位并联型升压变换器
CN103780086B (zh) * 2014-01-23 2015-12-23 江苏杰瑞科技集团有限责任公司 基于耦合电感倍压结构的双输出母线型高增益变换器
DE112015001421T5 (de) * 2014-03-24 2016-12-15 Murata Manufacturing Co., Ltd. Gleichspannungswandler
CN103929058B (zh) * 2014-04-24 2017-03-08 安徽工业大学 基于耦合电感的两相交错并联变换器的控制方法
CN104218798A (zh) * 2014-09-18 2014-12-17 天津大学 基于开关电容和耦合电感的高电压增益双向dc-dc变换器
CN104218802A (zh) * 2014-09-26 2014-12-17 三峡大学 一种非隔离型高降压比dc/dc变换器
CN104868719B (zh) * 2015-05-27 2017-05-17 安徽理工大学 错相控制的反极性高增益升压Boost变换电路
CN105553254B (zh) * 2015-12-24 2018-03-23 厦门大学 一种含开关电容的零电压开关高增益dc‑dc变换器
CN106549577B (zh) * 2016-12-08 2019-04-02 北京理工大学 非隔离双向高增益dc/dc变换器及变频控制方法
CN106533173B (zh) * 2016-12-29 2020-10-23 三峡大学 一种输入相数可调的高增益dc/dc变换器
CN106655774B (zh) * 2016-12-29 2020-10-23 三峡大学 一种多输入高增益dc/dc变换器
CN106655775B (zh) * 2016-12-29 2023-06-02 三峡大学 一种含有软开关的两端口输入ZVT高增益Boost变换器
CN107086782B (zh) * 2017-05-27 2020-06-09 三峡大学 一种基于倍压单元的相数可调的高升压dc/dc变换器
CN106992676B (zh) * 2017-05-27 2020-06-09 三峡大学 一种自动均流的高自由度dc/dc变换器
KR102454222B1 (ko) * 2017-07-21 2022-10-17 현대자동차주식회사 전기 자동차
CN109309448B (zh) * 2018-11-21 2024-03-12 三峡大学 一种宽输入宽输出Cuk DC-DC变换器
CN109274267B (zh) * 2018-11-21 2024-03-12 三峡大学 一种新型可扩展Zeta DC-DC变换器
CN109921638B (zh) * 2019-03-11 2020-11-03 福州大学 一种双开关高升压比直流变换器
CN109905025B (zh) * 2019-03-11 2021-03-02 福州大学 一种高增益dc-dc开关变换器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN85201070U (zh) * 1985-04-01 1986-01-15 南京大学 微型高压发生器
CN2689583Y (zh) * 2004-03-02 2005-03-30 江苏静安科技公司 高频高压发生器
CN101714815A (zh) * 2009-12-14 2010-05-26 浙江大学 耦合电感实现高增益倍压升压型变换器
CN102364852A (zh) * 2011-10-24 2012-02-29 杭州浙阳电气有限公司 基于耦合电感倍压单元的单开关管高增益变换器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN85201070U (zh) * 1985-04-01 1986-01-15 南京大学 微型高压发生器
CN2689583Y (zh) * 2004-03-02 2005-03-30 江苏静安科技公司 高频高压发生器
CN101714815A (zh) * 2009-12-14 2010-05-26 浙江大学 耦合电感实现高增益倍压升压型变换器
CN102364852A (zh) * 2011-10-24 2012-02-29 杭州浙阳电气有限公司 基于耦合电感倍压单元的单开关管高增益变换器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《基于拓扑组合的高增益Boost变换器》;罗全明 等;《电工技术学报》;20120630;第27卷(第6期);图4 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT525258A4 (de) * 2022-02-10 2023-02-15 Felix Himmelstoss Dipl Ing Dr Techn Hochsetzer mit reduzierter Bauteilbelastung
AT525258B1 (de) * 2022-02-10 2023-02-15 Felix Himmelstoss Dipl Ing Dr Techn Hochsetzer mit reduzierter Bauteilbelastung

Also Published As

Publication number Publication date
CN102946194A (zh) 2013-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102946194B (zh) 一种高增益交错并联升压型变换器
CN102969893B (zh) 一种高增益升压型直流变换器
CN203942447U (zh) 一种zvt交错并联高增益式dc/dc变换器
CN101976953B (zh) 耦合电感实现隔离型双向直流-直流变换器
CN102324841B (zh) 一种多输入高增益升压变换器
CN106787723A (zh) 一种多输入高升压dc/dc变换器
CN106787724B (zh) 一种开关零电压关断双路输入高增益dc/dc变换器
CN103066834A (zh) 一种交错并联高增益升压型直流变换器
CN101895223A (zh) 双Cuk升降压输出并联型逆变器
CN104218800B (zh) 一种高降压非隔离型dc/dc变换器
CN201797441U (zh) 一种带耦合电感的软开关隔离型双向直流-直流变换器
CN101951154A (zh) 隔离型有源箝位交错并联双向直流-直流变换器
CN203911754U (zh) 一种交错并联零电压关断高增益dc/dc变换器
CN106655775A (zh) 一种含有软开关的两端口输入ZVT高增益Boost变换器
CN104218801A (zh) 一种非隔离型高增益dc/dc变换器
CN103560666A (zh) 具有低纹波的四开关升降压变换器及其控制方法
CN106533173A (zh) 一种输入相数可调的高增益dc/dc变换器
CN206294079U (zh) 一种含有软开关的两端口输入ZVT高增益Boost变换器
CN203911753U (zh) 零电压关断交错并联式dc/dc变换器
CN101951155B (zh) 带耦合电感的软开关隔离型双向直流-直流变换器
CN204068701U (zh) 一种非隔离型高降压比dc/dc变换器
CN204068702U (zh) 一种非隔离型高增益dc/dc变换器
CN206294078U (zh) 一种多输入高升压dc/dc变换器
CN201797440U (zh) 一种耦合电感实现隔离型双向直流-直流变换器
CN106712504B (zh) 一种含有软开关的非隔离型高增益dc/dc变换器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant