CN103683941A - 一种隔离型谐振高升压比电路 - Google Patents

一种隔离型谐振高升压比电路 Download PDF

Info

Publication number
CN103683941A
CN103683941A CN201310671008.6A CN201310671008A CN103683941A CN 103683941 A CN103683941 A CN 103683941A CN 201310671008 A CN201310671008 A CN 201310671008A CN 103683941 A CN103683941 A CN 103683941A
Authority
CN
China
Prior art keywords
diode
transformer
voltage
output capacitance
high step
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.)
Pending
Application number
CN201310671008.6A
Other languages
English (en)
Inventor
张之梁
桂涵东
何晓飞
蔡卫
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.)
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Original Assignee
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
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 Nanjing University of Aeronautics and Astronautics filed Critical Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority to CN201310671008.6A priority Critical patent/CN103683941A/zh
Publication of CN103683941A publication Critical patent/CN103683941A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本发明公开一种隔离型谐振高升压比电路，属于光伏变换器技术领域。所述的隔离型谐振高升压比电路包括第一开关管（
Figure 771679DEST_PATH_IMAGE001
）、第二开关管（）、谐振电容（
Figure 89845DEST_PATH_IMAGE003
）、变压器（
Figure 448145DEST_PATH_IMAGE004
）、第一二极管（
Figure 920714DEST_PATH_IMAGE005
）、第二二极管（
Figure 971847DEST_PATH_IMAGE006
）、第一输出电容（
Figure 834761DEST_PATH_IMAGE007
）、第二输出电容（
Figure 59069DEST_PATH_IMAGE008
）。该电路适用于低压输入高压输出场合，在宽输入电压范围内实现全负载下的开关管零电压开通和二极管的零电流关断，减小变换器的开关损耗，优化变换器的系统效率，同时具有器件少、寿命长、成本低、控制简单等优势。

Description

一种隔离型谐振高升压比电路
技术领域
本发明公开了一种隔离型谐振高升压比电路，属于光伏变换器技术领域。
背景技术
近年来，随着能源需求的快速增长，太阳能光伏发电系统得到了广泛的关注。由于单块光伏组件的输出电压低于50V，传统的太阳能光伏发电系统通常采用将光伏组件串联的形式来获取直流母线高压。但是当有部分光伏组件被遮挡时，系统功率输出会大幅降低。分布式微型变换器（微变换器）可有效解决这个问题，微变换器对每个光伏组件提供最大功率点控制，从而使每个组件输出最大的功率，提高光伏系统的性能。
图1(a)、(b)给出了传统的升压式变换器结构，它们应用在高升压比的场合均存在明显不足。图1(a)为boost变换器，由于高升压比需要很高的占空比，导致功率器件的导通电流具有很高峰值，从而大幅增加了导通损耗。图1(b)为flyback变换器，该结构通过变压器来实现高升压比的变换，但是高变比的变压器会增大漏感。此外，以上两种结构功率器件均工作在硬开关状态下，引起的开关损耗影响了效率的提升。
发明内容
本发明针对现有技术中的缺陷和不足，提出了一种隔离型谐振高升压比电路，其适用于低压输入高压输出场合，可以减小变换器的开关损耗，在宽输入电压、宽负载范围内优化变换器的系统效率，同时具有器件少、寿命长、成本低、控制简单等优势。
本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：
一种隔离型谐振高升压比电路，包括第一开关管                                                
Figure 2013106710086100002DEST_PATH_IMAGE001
、第二开关管
Figure 2013106710086100002DEST_PATH_IMAGE002
、谐振电容
Figure 2013106710086100002DEST_PATH_IMAGE003
、变压器、第一二极管
Figure DEST_PATH_IMAGE005
、第二二极管
Figure 2013106710086100002DEST_PATH_IMAGE006
、第一输出电容
Figure DEST_PATH_IMAGE007
、第二输出电容，其中在变压器原边，第一开关管
Figure 748924DEST_PATH_IMAGE001
和第二开关管
Figure 543705DEST_PATH_IMAGE002
串联与输入相连构成一个桥臂，谐振电容
Figure 237992DEST_PATH_IMAGE003
与谐振电感串联再和变压器
Figure 764919DEST_PATH_IMAGE004
激磁电感
Figure 2013106710086100002DEST_PATH_IMAGE010
串联接在下桥臂两端，其中谐振电容
Figure 747918DEST_PATH_IMAGE003
与变压器的谐振电感
Figure 567287DEST_PATH_IMAGE009
和激磁电感构成串联谐振电路，在变压器副边，第一二极管
Figure 860045DEST_PATH_IMAGE005
和第二二极管
Figure 993699DEST_PATH_IMAGE006
串联构成一个桥臂，第一输出电容
Figure 334681DEST_PATH_IMAGE007
和第二输出电容
Figure 531307DEST_PATH_IMAGE008
串联构成另一桥臂，第一二极管
Figure 223320DEST_PATH_IMAGE005
阴极与第一输出电容一端相连，第二二极管
Figure 421400DEST_PATH_IMAGE006
阳极与第二输出电容
Figure 788927DEST_PATH_IMAGE008
一端相连，第一二极管
Figure 764974DEST_PATH_IMAGE005
、第二二极管
Figure 243360DEST_PATH_IMAGE006
、第一输出电容
Figure 824514DEST_PATH_IMAGE007
、第二输出电容
Figure 94433DEST_PATH_IMAGE008
共同构成全桥倍压电路，变压器副边两端分别与两个桥臂的中点相接。
本发明的有益效果如下：
1、本发明可以在全负载、宽输入范围使开关管零电压开通，从而大幅度减少了开关损耗。
2、本发明能够在全负载、宽输入范围使副边二极管零电流关断，避免了二极管的反向恢复问题，从而提升了效率。
3、本发明副边使用倍压电路，输出电压为两倍的变压器副边电压，有效提升了变换器的增益，减小了二极管耐压值，并有利于变压器的设计。
4、本发明在宽范围电压输入的条件下开关频率变化较小，有利于磁性元件设计优化，并且保持变换器的高效率，十分适合光伏组件等输入电压不恒定的场合使用。
5、本发明使用隔离型结构，安全可靠。
6、本发明不含有电解电容，可有效提高变换器使用寿命。
7、本发明使用元件较少，电路结构和控制都很简单，因此实际电路体积、成本小，通用性强。
附图说明
图1(a)是传统光伏微型boost变换器电路原理图；图1(b)传统光伏微型flyback变换器电路原理图。
图2是本发明的电路原理图。
图3是本发明的工作波形图。
图4是本发明的输出-输入电压增益与开关频率关系图。
图5是本发明的开关管ZVS波形图。
图6是本发明的二极管ZCS波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明创造做进一步详细说明。
图2给出了隔离型谐振高升压比电路的原理图。在变压器原边，第一开关管
Figure 761038DEST_PATH_IMAGE001
和第二开关管
Figure 777536DEST_PATH_IMAGE002
串联与输入相连构成一个桥臂，谐振电容
Figure 275513DEST_PATH_IMAGE003
与谐振电感
Figure 719264DEST_PATH_IMAGE009
串联再和变压器激磁电感串联接在下桥臂两端，其中谐振电容
Figure 45837DEST_PATH_IMAGE003
与变压器的谐振电感
Figure 301686DEST_PATH_IMAGE009
和激磁电感
Figure 722303DEST_PATH_IMAGE010
构成串联谐振电路，在变压器副边，第一二极管和第二二极管串联构成一个桥臂，第一输出电容
Figure 840410DEST_PATH_IMAGE007
和第二输出电容
Figure 2401DEST_PATH_IMAGE008
串联构成另一桥臂，第一二极管
Figure 267161DEST_PATH_IMAGE005
阴极与第一输出电容一端相连，第二二极管阳极与第二输出电容
Figure 601824DEST_PATH_IMAGE008
一端相连，第一二极管
Figure 721090DEST_PATH_IMAGE005
、第二二极管
Figure 114025DEST_PATH_IMAGE006
、第一输出电容
Figure 13848DEST_PATH_IMAGE007
、第二输出电容
Figure 514712DEST_PATH_IMAGE008
共同构成全桥倍压电路，变压器副边两端分别与两个桥臂的中点相接。
一种隔离型谐振高升压比电路的控制方法：原边开关管各50%占空比互补导通，选择合适的开关频率
Figure DEST_PATH_IMAGE011
范围和死区时间，使得原边开关管实现零电压开通（ZVS），副边二极管实现零电流关断（ZCS）。通过改变可改变输出电压大小。
图3给出了隔离型谐振高升压比电路的工作波形图。具体工作原理如下：
状态1(t 0~t 1)：在此状态下第一开关管
Figure 52321DEST_PATH_IMAGE001
处于导通状态，变压器原边向副边传递能量，副边第一二极管
Figure 377123DEST_PATH_IMAGE005
导通，第二二极管
Figure 481345DEST_PATH_IMAGE006
截止。谐振电容
Figure 575203DEST_PATH_IMAGE003
与谐振电感
Figure 309941DEST_PATH_IMAGE009
谐振，激磁电感两端电压被输出电压箝位，不参与谐振。副边第一输出电容
Figure 856460DEST_PATH_IMAGE007
充电，第二输出电容放电。在t 1时刻，谐振电流
Figure 2013106710086100002DEST_PATH_IMAGE012
与激磁电感上的电流已经相等，此时变压器原副边之间不再有能量转移，流经第一二极管的电流
Figure DEST_PATH_IMAGE014
自然下降到0，使得二极管在零电流状态下关断，实现零电流关断（ZCS），无反向恢复的问题。
状态2(t 1~t 2)：在此状态下第一开关管
Figure 756392DEST_PATH_IMAGE001
依旧处于导通状态，但变压器原边不向副边传递能量，此时负载由第一输出电容
Figure 727890DEST_PATH_IMAGE007
、第二输出电容
Figure 173915DEST_PATH_IMAGE008
共同放电提供能量。由于此状态下原边谐振电流
Figure 242365DEST_PATH_IMAGE012
等于激磁电感上的电流
Figure 256589DEST_PATH_IMAGE013
，激磁电感的电压将不会被输出电压所箝制住，所以在此状态下激磁电感将会参与谐振，激磁电感上的电流
Figure 774770DEST_PATH_IMAGE013
可以被视为恒定电流源。t 2时刻第一开关管
Figure 962169DEST_PATH_IMAGE001
关断，此状态结束。
状态3(t 2~t 3)：在此状态下第一开关管
Figure 947443DEST_PATH_IMAGE001
、第二开关管
Figure 194884DEST_PATH_IMAGE002
都处于关断状态，第一开关管的寄生电容充电，第二开关管
Figure 194381DEST_PATH_IMAGE002
的寄生电容放电，由于寄生电容很小，第二开关管
Figure 34162DEST_PATH_IMAGE002
寄生电容上的电压很快降为0，此时第二开关管
Figure 452505DEST_PATH_IMAGE002
的寄生二极管导通，第二开关管
Figure 682629DEST_PATH_IMAGE002
两端电压为0。此状态下变压器传递能量，副边第二二极管
Figure 477409DEST_PATH_IMAGE006
导通，第一二极管截止。第二输出电容充电，第一输出电容
Figure 764448DEST_PATH_IMAGE007
放电。t 3时刻第二开关管
Figure 97340DEST_PATH_IMAGE002
开通，由于此时第二开关管
Figure 583816DEST_PATH_IMAGE002
两端电压为0，因此实现开关管的零电压开通（ZVS），大幅减小了开通损耗。
之后的工作状态与状态1--3类似，在此不再赘述。
本发明电路输出-输入电压增益调节通过改变开关频率实现，建立电路模型，可得输出电压
Figure DEST_PATH_IMAGE016
和输入电压
Figure DEST_PATH_IMAGE017
的关系为：
Figure DEST_PATH_IMAGE018
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE019
为副边折算到原边的等效负载电阻，
Figure DEST_PATH_IMAGE020
/
Figure DEST_PATH_IMAGE021
为变压器匝比，
Figure DEST_PATH_IMAGE022
为开关频率，
Figure DEST_PATH_IMAGE023
为激磁电感，
Figure DEST_PATH_IMAGE024
为谐振电感，
Figure DEST_PATH_IMAGE025
为谐振电容。
本发明的隔离型谐振高升压比电路设计实例，电路中具体的参数如下：变换器的输入电压为24-48V；输出电压为380V；满载输出电流为0.52A；第一开关管、第二开关管
Figure 370747DEST_PATH_IMAGE002
选用耐压80V的功率场效应管（MOSFET）；第一二极管 、第二二极管
Figure 173935DEST_PATH_IMAGE006
选用耐压600V的快恢复二极管；变压器激磁电感
Figure 600368DEST_PATH_IMAGE010
为8μH，在本例中做谐振电感；漏感为1.25μH；原副边匝比为1:8；谐振电容
Figure 64028DEST_PATH_IMAGE003
为1.88μF；输出电容
Figure DEST_PATH_IMAGE026
为4.7μF。
图4为本发明电路输出-输入电压增益与开关频率的关系曲线。可由此曲线得到在不同输入电压下的开关管工作频率，在设计实例中，所需增益为8-16，因此频率范围为50-100kHz。
图5中C1、C2和C3分别为输出电压
Figure 163046DEST_PATH_IMAGE016
，原边开关管的栅源极电压
Figure DEST_PATH_IMAGE027
和漏源极电压
Figure DEST_PATH_IMAGE028
的波形，漏源极电压
Figure 280038DEST_PATH_IMAGE028
从
Figure 758424DEST_PATH_IMAGE017
下降到0之后栅源极电压
Figure 73999DEST_PATH_IMAGE027
开启，因此变换器实现了零电压开通（ZVS）。
图6中C1和C2分别为副边二极管的电流
Figure 674744DEST_PATH_IMAGE014
和反向电压
Figure DEST_PATH_IMAGE029
的波形，副边二极管的电流
Figure 13453DEST_PATH_IMAGE014
自然下降到0之后副边二极管的反向电压
Figure 357846DEST_PATH_IMAGE029
开始上升，因此变换器实现了零电流关断（ZCS）。从而实验结果验证了理论分析的正确性。该变换器可以减小开通关断损耗，明显提高系统效率。
综上所述，本发明的隔离型谐振高升压比电路适用于太阳能光伏输入场合，可以在全负载范围实现ZVS和ZCS，减小变换器的损耗，提高变换器的总体效率，同时电路简单，成本低廉，具有现有电路所不具备的优势。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (1)

1.一种隔离型谐振高升压比电路，其特征在于包括第一开关管（                                                
Figure 162619DEST_PATH_IMAGE001
）、第二开关管（
Figure 384653DEST_PATH_IMAGE002
）、谐振电容（
Figure 797180DEST_PATH_IMAGE003
）、变压器（
Figure 762861DEST_PATH_IMAGE004
）、第一二极管（）、第二二极管（
Figure 9483DEST_PATH_IMAGE006
）、第一输出电容（
Figure 909306DEST_PATH_IMAGE007
）、第二输出电容（
Figure 413100DEST_PATH_IMAGE008
），其中在变压器原边，第一开关管（）和第二开关管（
Figure 13025DEST_PATH_IMAGE002
）串联与输入相连构成一个桥臂，谐振电容（
Figure 337828DEST_PATH_IMAGE003
）与谐振电感（
Figure 642382DEST_PATH_IMAGE009
）串联后再和变压器（
Figure 532978DEST_PATH_IMAGE004
）的激磁电感（
Figure 267716DEST_PATH_IMAGE010
）串联接在下桥臂两端，其中谐振电容（
Figure 814235DEST_PATH_IMAGE003
）与变压器（
Figure 987727DEST_PATH_IMAGE004
）的谐振电感（
Figure 936092DEST_PATH_IMAGE009
）和激磁电感（
Figure 841731DEST_PATH_IMAGE010
）构成串联谐振电路，在变压器副边，第一二极管（）和第二二极管（）串联构成一个桥臂，第一输出电容（
Figure 390021DEST_PATH_IMAGE007
）和第二输出电容（
Figure 528878DEST_PATH_IMAGE008
）串联构成另一桥臂，第一二极管（
Figure 49989DEST_PATH_IMAGE005
）阴极与第一输出电容（
Figure 234458DEST_PATH_IMAGE007
）一端相连，第二二极管（
Figure 219732DEST_PATH_IMAGE006
）阳极与第二输出电容（
Figure 467174DEST_PATH_IMAGE008
）一端相连，第一二极管（）、第二二极管（）、第一输出电容（
Figure 306451DEST_PATH_IMAGE007
）、第二输出电容（
Figure 724794DEST_PATH_IMAGE008
）共同构成全桥倍压电路，变压器副边两端分别与两个桥臂的中点相接。
CN201310671008.6A 2013-12-12 2013-12-12 一种隔离型谐振高升压比电路 Pending CN103683941A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310671008.6A CN103683941A (zh) 2013-12-12 2013-12-12 一种隔离型谐振高升压比电路

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310671008.6A CN103683941A (zh) 2013-12-12 2013-12-12 一种隔离型谐振高升压比电路

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103683941A true CN103683941A (zh) 2014-03-26

Family

ID=50320510

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310671008.6A Pending CN103683941A (zh) 2013-12-12 2013-12-12 一种隔离型谐振高升压比电路

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103683941A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105281595A (zh) * 2015-12-04 2016-01-27 重庆臻远电气有限公司 一种逆变供电电路
CN107769390A (zh) * 2017-10-30 2018-03-06 华南理工大学 一种易于扩展的独立电流控制电池储能系统及其控制方法
CN118041086A (zh) * 2024-04-10 2024-05-14 昱能科技股份有限公司 一种移相全桥变换器的控制方法、装置、设备及存储介质

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101378232A (zh) * 2007-08-28 2009-03-04 日立计算机机器株式会社 双向dc-dc变换器和双向dc-dc变换器的控制方法
CN101471606A (zh) * 2007-12-26 2009-07-01 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 Llc谐振变换器
CN101557170A (zh) * 2008-04-10 2009-10-14 洋鑫科技股份有限公司 具自驱式同步整流器的半桥llc谐振转换器
CN101702578A (zh) * 2009-12-07 2010-05-05 浙江大学 耦合电感实现正反激隔离式升压型变换器及应用

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101378232A (zh) * 2007-08-28 2009-03-04 日立计算机机器株式会社 双向dc-dc变换器和双向dc-dc变换器的控制方法
CN101471606A (zh) * 2007-12-26 2009-07-01 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 Llc谐振变换器
CN101557170A (zh) * 2008-04-10 2009-10-14 洋鑫科技股份有限公司 具自驱式同步整流器的半桥llc谐振转换器
CN101702578A (zh) * 2009-12-07 2010-05-05 浙江大学 耦合电感实现正反激隔离式升压型变换器及应用

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105281595A (zh) * 2015-12-04 2016-01-27 重庆臻远电气有限公司 一种逆变供电电路
CN107769390A (zh) * 2017-10-30 2018-03-06 华南理工大学 一种易于扩展的独立电流控制电池储能系统及其控制方法
CN107769390B (zh) * 2017-10-30 2024-01-23 华南理工大学 一种易于扩展的独立电流控制电池储能系统及其控制方法
CN118041086A (zh) * 2024-04-10 2024-05-14 昱能科技股份有限公司 一种移相全桥变换器的控制方法、装置、设备及存储介质

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN203942447U (zh) 一种zvt交错并联高增益式dc/dc变换器
CN101860216B (zh) 加耦合电感的倍流整流方式全桥直流变换器
CN106487232B (zh) 一种ZVS隔离的三电平Buck变换器
CN105119496A (zh) 一种宽输入范围的三电平llc谐振变换器及电平切换控制方法
CN101847936B (zh) 滞后臂并联辅助网络的软开关全桥直流变换器
CN105119497A (zh) 一种宽输入范围的双桥llc谐振变换器
CN103595258A (zh) 一种升压型软开关谐振变换器及其定频控制方法
CN105515377A (zh) 一种基于耦合电感和倍压电容的软开关高增益直流变换器
CN100353652C (zh) 复合式全桥三电平直流变换器和全桥三电平直流变换器
CN105553272A (zh) 一种抗直通半桥llc谐振变换器
CN103595259A (zh) 一种双变压器串并联式隔离型软开关直流变换器及其控制方法
CN105207486A (zh) 一种双向谐振直流变换器及其控制方法
CN101604916B (zh) 基于π型辅助网络零电压开关全桥直流变换器
CN104638932A (zh) 一种多谐振变换器
CN103595257B (zh) 一种隔离型软开关降压直流变换器及其控制方法
CN106787757A (zh) 一种cltcl谐振直流变换器
CN102931843B (zh) 自驱动有源辅助网络的软开关全桥直流变换器
CN200990558Y (zh) 新型软开关零纹波双向dc/dc非隔离变换器
CN105871219A (zh) 一种辅助管电压箝位型软开关推挽直流变换器
CN103812349B (zh) 一种高升压dc/dc变换器
CN103683941A (zh) 一种隔离型谐振高升压比电路
CN103296896B (zh) 一种软开关隔离型升压直流变换器及其控制方法
CN202353464U (zh) 一种三电平Boost软开关变换器电路
CN105576985A (zh) 一种直直变换器的控制方法
CN101771350B (zh) 一种基于t型辅助网络零电压开关全桥直流变换器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20140326