CN103746556A - 基于耦合电感的直流模块用高升压比变换器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于耦合电感的直流模块用高升压比变换器，包括两个主开关管，两个箝位开关管，两个续流二极管，两个输出二极管，两个箝位电容，两个倍压电容，一个输出电容和两个带有两个绕组的耦合电感，本发明利用耦合电感来拓展变换器的电压增益和降低功率开关管和二极管的电压应力，利用耦合电感的漏感实现开关管的零电压开通和抑制二极管的反向恢复电流，箝位开关管和箝位电容组成的箝位电路有效吸收了主开关管关断时的电压尖峰和实现了能量的无损转移，利用耦合电感串联电路进一步提高了变换器的增益，并进一步降低功率开关管及输出二极管的电压应力，电路结构简单，控制方便，适用于高增益和高效率的光伏并网发电变换场合。
Description
技术领域
本发明涉及一种直流—直流变换器及应用，具体说是基于耦合电感的直流模块用高升压比变换器。
背景技术
在太阳能发电系统中，由于单块太阳能电池的输出电压较低，而逆变并网发电所需的电压较高，因此需要一级直流—直流变换器把低电压直流电转换为适合并网的高电压直流电。在分布式太阳能发电方案中，单块太阳能电池的功率容量较小，但对效率的要求较高。因此如何实现高增益、高效率且结构简单的单相单级变换器，对于推动光伏产业的发展具有重要意义。
常规的交错并联升压型Boost直流－直流变换器的电压增益仅由占空比决定，电压增益有限，难以满足高增益的变换要求。功率开关管的电压应力较大，难以采用低压高性能的开关管来降低导通损耗。而且，变换器工作在硬开关状态，开关损耗较大。为了实现Boost变换器的软开关动作，近年来，相继研究了一些通过附加有源功率开关或无源器件的软开关方案，这些电路虽然实现了软开关动作，但是不能降低开关管的电压应力，也不能实现系统的高增益变换。为了提升变换器的电压增益，一种方案是采用开关电容的方案，但这种方案所需开关管数量较多，增加了系统成本；另外的方案是采用复杂的三绕组耦合电感方案，这种方案的缺点是耦合电感结构复杂，不利于工业加工，难以保证电路的一致性。
发明内容
本发明要克服现有技术的上述缺点，提供一种结构简单，控制方便且无能量损耗的基于耦合电感的直流模块用高升压比变换器，其中：
一种基于耦合电感的直流模块用高升压比变换器，包括Boost升压电路单元、续流升压电路单元和输出电路单元，包括：
变换器的的Boost升压电路单元中，第一绕组的第一端与第二绕组的第一端及电源的正极相连，第一绕组的第二端与第一开关管的漏极相连，第二绕组的第二端与第二开关管的漏极相连，第一开关管的源极和第二开关管的源极及电源的负极相连，第一箝位开关管的源极与第一开关管的漏极相连，第一箝位开关管的漏极与第一箝位电容的第一端相连，第二箝位开关管的源极与第二开关管的漏极相连，第二箝位开关管的漏极与第二箝位电容的第一端相连，第一箝位电容的第二端与第二箝位电容的第二端及电源的负极相连；
变流器的续流升压电路单元包括，
a)绕组串联支路，由第三绕组和第四绕组串联构成，其中第一绕组和第三绕组同为一个耦合电感中的两个绕组，第二绕组和第四绕组同为另一个耦合电感中的两个绕组，以第一绕组的第一端和第二绕组的第一端为参照端，第三绕组和第四绕组中的参照端的同名端或异名端相连；
b)与绕组串联支路相连的第一续流二极管和第二续流二极管，所述的第一续流二极管的阳级与第一箝位电容的第一端相连，所述的第一续流二极管的阴极与倍压串联支路的第一端相连，所述的第二续流二极管的阳级与第二箝位电容的第一端相连，所述的第二续流二极管的阴极与倍压串联支路的第二端相连；
变换器的输出电路单元中，第一输出二极管的阳极与第一续流二极管的阴极相连，第二输出二极管的阳极与第二续流二极管的阴极相连，第一输出二极管的阴极与第二输出二极管的阴极及输出电容的第一端相连，输出电容的第二端与输入电源的负极相连。
所述的变换器，其第一续流二极管、第二续流二极管、第一输出二极管和第二输出二极管中的一个或多个改成同步整流管，均能正常工作。
本发明变换器工作时，利用耦合电感的变压器效应拓展了变换器电压增益，降低了功率开关管和二极管的电压应力，降低了功率器件的导通损耗。倍压电路单元的引入进一步提高了电路的电压增益和降低了器件的电压应力；利用耦合电感的漏感实现了功率开关管的零电压开通；同时利用耦合电感的漏感还实现了续流二极管和输出二极管的软关断；利用箝位开关管和箝位电容吸收漏感的能量，使主开关管关断时无电压尖峰，并且吸收的漏感能量最终传递到负载，实现无损吸收；其电路结构简单，控制方便，适用于小功率，高增益和高效率的分布式光伏并网发电场合。
本发明中无需额外的电感元件，自然均流，控制方便，电路中无能量损耗元件，可提高电路的效率，且换流过程中，功率开关管关断时无电压过冲，续流二极管开通时无电流过冲。耦合电感在对应的开关管开通和关断时都传递能量，提高了耦合电感的利用率，降低了耦合电感的体积。
附图说明
图1是本发明基于耦合电感的直流模块用高升压比变换器的电路图；
具体实施方式
参见图1，本发明的基于耦合电感的直流模块用高升压比变换器，包括Boost升压电路单元、续流升压电路单元和输出电路单元。
变换器的Boost升压电路单元中，第一绕组L1的第一端与第二绕组L2的第一端及电源Vin的正极相连，第一绕组L1的第二端与第一开关管S1的漏极相连，第二绕组L2的第二端与第二开关管S2的漏极相连，第一开关管S1的源极和第二开关管S2的源极及电源Vin的负极相连，第一箝位开关管Sc1的源极与第一开关管S1的漏极相连，第一箝位开关管Sc1的漏极与第一箝位电容Cc1的第一端相连，第二箝位开关管Sc2的源极与第二开关管S2的漏极相连，第二箝位开关管Sc2的漏极与第二箝位电容Cc2的第一端相连，第一箝位电容Cc1的第二端与第二箝位电容Cc2的第二端及电源Vin的负极相连；
变换器的续流升压电路单元包括，
a)绕组串联支路，由第三绕组L3和第四绕组L4串联构成，其中第一绕组L1和第三绕组L3同为一个耦合电感中的两个绕组，第二绕组L2和第四绕组L4同为另一个耦合电感中的两个绕组，以第一绕组L1的第一端和第二绕组L2的第一端为参照端，第三绕组L3和第四绕组L4中的参照端的同名端或异名端相连；
b)与绕组串联支路相连的第一续流二极管Dr1和第二续流二极管Dr2，所述的第一续流二极管Dr1的阳级与第一箝位电容Cc1的第一端相连，所述的第一续流二极管Dr1的阴极与倍压串联支路的第一端相连，所述的第二续流二极管Dr2的阳级与第二箝位电容Cc2的第一端相连，所述的第二续流二极管Dr2的阴极与倍压串联支路的第二端相连；
变换器的输出电路单元中，第一输出二极管Do1的阳极与第一续流二极管Dr1的阴极相连，第二输出二极管Do2的阳极与第二续流二极管Dr2的阴极相连，第一输出二极管Do1的阴极与第二输出二极管Do2的阴极及输出电容Co的第一端相连，输出电容Co的第二端与输入电源Vin的负极相连。
耦合电感的直流模块用高升压比变换器在一个开关周期内有四种工作过程，第一开关管S1关断与第一箝位开关管Sc1导通之间的换流，第一箝位开关管Sc1关断与第一开关管S1导通之间的换流，第二开关管S2关断与第二箝位开关管Sc2导通之间的换流，第二箝位开关管Sc2关断与第二开关管S2导通之间的换流.
第一开关管S1关断与第一箝位开关管Sc1导通之间的换流：
换流前，电路处于第一开关管S1和第二开关管S2导通，第一箝位开关管Sc1、第二箝位开关管Sc2、第一续流二极管Dr1、第二续流二极管Dr2、第一输出二极管Do1和第二输出二极管Do2关断的稳定工作状态。当第一开关管S1关断时，第一箝位开关管Sc1开通，由于第一箝位电容Cc1的作用，第一开关管S1两端电压被箝位为一定电压值，同时第一输出二极管Do1和第二续流二极管Dr2开通，向输出电容Co传递能量，在此过程中由于开关管寄生电容的存在，第一开关管S1两端的电压从零开始上升，实现零电压开通，之后第一箝位电容Cc1与漏感谐振。
第一箝位开关管Sc1关断与第一开关管S1导通之间的换流：
第一箝位开关管Sc1关断，由于开关管寄生电容的存在，第一箝位开关管Sc1实现零电压关断，之后第一开关管S1电压由于漏感存在下降到零，其体二极管导通，此时加入第一开关管S1的开通信号，则实现零电压开通，之后串联绕阻支路电流下降到零，第一输出二极管Do1和第二续流二极管Dr2关断，电路回到最初的稳定工作状态，向两个耦合电感的励磁电感充电。
第二开关管S2关断与第二箝位开关管Sc2导通之间的换流：
当第二开关管S2关断时，第二箝位开关管Sc2开通，由于第二箝位电容Cc2的作用，第二开关管S2两端电压被箝位为一定电压值，同时第二输出二极管Do2和第一续流二极管Dr1开通，向输出电容Co传递能量，在此过程中由于开关管寄生电容的存在，第二开关管S2两端的电压从零开始上升，实现零电压开通，之后第二箝位电容Cc2与漏感谐振。
第二箝位开关管Sc2关断与第二开关管S2导通之间的换流：
第二箝位开关管Sc2关断，由于开关管寄生电容的存在，第二箝位开关管Sc2实现零电压关断，之后第二开关管S2电压由于漏感存在下降到零，其体二极管导通，此时加入第二开关管S2的开通信号，则实现零电压开通，之后串联绕阻支路电流下降到零，第二输出二极管Do2和第一续流二极管Dr1关断，电路回到最初的稳定工作状态，向两个耦合电感的励磁电感充电。
Claims (2)
1.一种基于耦合电感的直流模块用高升压比变换器，包括Boost升压电路单元、续流升压电路单元和输出电路单元，其特征在于：所述的Boost升压电路单元中，第一绕组L1的第一端与第二绕组L2的第一端及电源Vin的正极相连，第一绕组L1的第二端与第一开关管S1的漏极相连，第二绕组L2的第二端与第二开关管S2的漏极相连，第一开关管S1的源极和第二开关管S2的源极及电源Vin的负极相连，第一箝位开关管Sc1的源极与第一开关管S1的漏极相连，第一箝位开关管Sc1的漏极与第一箝位电容Cc1的第一端相连，第二箝位开关管Sc2的源极与第二开关管S2的漏极相连，第二箝位开关管Sc2的漏极与第二箝位电容Cc2的第一端相连，第一箝位电容Cc1的第二端与第二箝位电容Cc2的第二端及电源Vin的负极相连；
所述的续流升压电路单元包括，
a)绕组串联支路，由第三绕组L3和第四绕组L4串联构成，其中第一绕组L1和第三绕组L3同为一个耦合电感中的两个绕组，第二绕组L2和第四绕组L4同为另一个耦合电感中的两个绕组，以第一绕组L1的第一端和第二绕组L2的第一端为参照端，第三绕组L3和第四绕组L4中的参照端的同名端或异名端相连；
b)与绕组串联支路相连的第一续流二极管Dr1和第二续流二极管Dr2，所述的第一续流二极管Dr1的阳级与第一箝位电容Cc1的第一端相连，所述的第一续流二极管Dr1的阴极与倍压串联支路的第一端相连，所述的第二续流二极管Dr2的阳级与第二箝位电容Cc2的第一端相连，所述的第二续流二极管Dr2的阴极与倍压串联支路的第二端相连；
所述的输出电路单元中，第一输出二极管Do1的阳极与第一续流二极管Dr1的阴极相连，第二输出二极管Do2的阳极与第二续流二极管Dr2的阴极相连，第一输出二极管Do1的阴极与第二输出二极管Do2的阴极及输出电容Co的第一端相连，输出电容Co的第二端与输入电源Vin的负极相连。
2.如权利要求1所述的基于耦合电感的直流模块用高升压比变换器，其特征在于，第一续流二极管Dr1、第二续流二极管Dr2、第一输出二极管Do1和第二输出二极管Do2中的一个或多个改成同步整流管，均能正常工作。
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|---|---|
| CN (1) | CN103746556A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111865076A (zh) * | 2020-06-24 | 2020-10-30 | 国网山东省电力公司淄博供电公司 | 应用于变电站内继保装置供能的直流降压电路 |
| CN113381612A (zh) * | 2021-05-10 | 2021-09-10 | 广州金升阳科技有限公司 | 一种串联耦合变换器 |
| CN116073653A (zh) * | 2023-02-20 | 2023-05-05 | 国网湖南省电力有限公司 | 一种适用于低压光伏的非隔离型直流变换器 |
| WO2024078318A1 (zh) * | 2022-10-14 | 2024-04-18 | 华为数字能源技术有限公司 | 直流变换电路以及光伏逆变器 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101951155A (zh) * | 2010-09-17 | 2011-01-19 | 浙江大学 | 带耦合电感的软开关隔离型双向直流-直流变换器 |
| CN201797441U (zh) * | 2010-09-17 | 2011-04-13 | 浙江大学 | 一种带耦合电感的软开关隔离型双向直流-直流变换器 |
| CN103051179A (zh) * | 2012-12-26 | 2013-04-17 | 杭州科为达电气有限公司 | 高升压比倍压结构无源无损箝位变换器 |
| CN103051180A (zh) * | 2012-12-26 | 2013-04-17 | 杭州科为达电气有限公司 | 含倍压单元的无源无损箝位高增益变换器 |
| CN103066837A (zh) * | 2012-12-26 | 2013-04-24 | 杭州科为达电气有限公司 | 高增益倍压结构有源无损箝位变换器 |
| CN203775030U (zh) * | 2013-12-30 | 2014-08-13 | 杭州禾迈电力电子技术有限公司 | 一种基于耦合电感的直流模块用高升压比变换器 |
-
2013
- 2013-12-30 CN CN201310750069.1A patent/CN103746556A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101951155A (zh) * | 2010-09-17 | 2011-01-19 | 浙江大学 | 带耦合电感的软开关隔离型双向直流-直流变换器 |
| CN201797441U (zh) * | 2010-09-17 | 2011-04-13 | 浙江大学 | 一种带耦合电感的软开关隔离型双向直流-直流变换器 |
| CN103051179A (zh) * | 2012-12-26 | 2013-04-17 | 杭州科为达电气有限公司 | 高升压比倍压结构无源无损箝位变换器 |
| CN103051180A (zh) * | 2012-12-26 | 2013-04-17 | 杭州科为达电气有限公司 | 含倍压单元的无源无损箝位高增益变换器 |
| CN103066837A (zh) * | 2012-12-26 | 2013-04-24 | 杭州科为达电气有限公司 | 高增益倍压结构有源无损箝位变换器 |
| CN203775030U (zh) * | 2013-12-30 | 2014-08-13 | 杭州禾迈电力电子技术有限公司 | 一种基于耦合电感的直流模块用高升压比变换器 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 赵一: "耦合电感倍压单元高增益变流器拓扑形成方法研究", 《中国博士学位论文全文数据库》 * |
| 赵一: "耦合电感倍压单元高增益变流器拓扑形成方法研究", 《中国博士学位论文全文数据库》, no. 07, 15 July 2013 (2013-07-15) * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111865076A (zh) * | 2020-06-24 | 2020-10-30 | 国网山东省电力公司淄博供电公司 | 应用于变电站内继保装置供能的直流降压电路 |
| CN113381612A (zh) * | 2021-05-10 | 2021-09-10 | 广州金升阳科技有限公司 | 一种串联耦合变换器 |
| WO2022237449A1 (zh) * | 2021-05-10 | 2022-11-17 | 广州金升阳科技有限公司 | 一种串联耦合变换器 |
| WO2024078318A1 (zh) * | 2022-10-14 | 2024-04-18 | 华为数字能源技术有限公司 | 直流变换电路以及光伏逆变器 |
| CN116073653A (zh) * | 2023-02-20 | 2023-05-05 | 国网湖南省电力有限公司 | 一种适用于低压光伏的非隔离型直流变换器 |
| CN116073653B (zh) * | 2023-02-20 | 2024-06-18 | 国网湖南省电力有限公司 | 一种适用于低压光伏的非隔离型直流变换器 |
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