CN103944384A - 耦合电感高增益有源网络升压变换器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了耦合电感高增益有源网络升压变换器，包括输出功率二极管、输出滤波电容、直流电压源和X型有源网络，X型有源网络包含第一功率开关管、第二功率开关管、第一～第四电感以及第一～第四功率二极管，第一功率开关管的漏极连接直流电压源的正极，第二功率开关管的漏极连接输出功率二极管的阳极，它的源极连接直流电压源的负极，输出滤波电容的两端分别连接第一功率开关管的源极和输出功率二极管的阴极，第一电感与第二电感同向串联耦合为第一耦合电感，第三电感与第四电感同向串联耦合为第二耦合电感。本发明创造性地在有源网络中加入耦合电感，减小变换器体积，提高了转换效率。
Description
技术领域
本发明属于电力电子变换器领域，特别涉及了耦合电感高增益有源网络升压变换器。
背景技术
光伏、燃料电池等绿色能源的发展和应用已成为最有效的弥补化石燃料短缺和保护地球环境的手段之一。为了满足后级并网逆变的需要，需要采用高增益变换器大幅度的提升绿色能源的电压等级。由于变换器的电压增益较高，由此带来的较大的输入电流又要求选择低导通电阻的低压开关管以降低通态损耗。如何提升变换器的电压增益同时降低开关管的电压应力是高增益直流变换器研究的重点。
受到占空比不能过大的限制，Boost电路难以将单体的光伏电池升压到较高的母线电压。隔离型DC/DC变换器需要隔离采样、驱动，实现成本较高。级联型变换器结构复杂且效率低。现有一种有源网络升压变压器，其电路结构如图1所示，该变压器的增益有限，且功率开关管的电压应力、电流应力较大，转换效率有待提高。
发明内容
为了解决上述背景技术存在的问题，减小功率开关管的电压应力，提高变压器转换效率，本发明旨在提供耦合电感高增益有源网络升压变换器。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
耦合电感高增益有源网络升压变换器，包括输出功率二极管、输出滤波电容以及直流电压源，还包括 X型有源网络，所述X型有源网络包含第一功率开关管、第二功率开关管、第一～第四电感以及第一～第四功率二极管，第一功率开关管的漏极连接直流电压源的正极，第二功率开关管的漏极连接输出功率二极管的阳极，它的源极连接直流电压源的负极，输出滤波电容的两端分别连接第一功率开关管的源极和输出功率二极管的阴极，第一电感与第二电感同向串联耦合为第一耦合电感，第一耦合电感的一端连接直流电压源的正极，它的另一端连接第一功率二极管的阳极，第一功率二极管的阴极连接第二功率开关管的漏极，第二功率二极管的阳极连接第一电感与第二电感的公共端，它的阴极连接第一功率二极管的阴极，第三电感与第四电感同向串联耦合为第二耦合电感，第二耦合电感的一端连接第一功率开关管的源极，它的另一端连接第三功率二极管的阳极，第三功率二极管的阴极连接第二功率开关管的源极，第四功率二极管的阳极连接第三电感与第四电感的公共端，它的阴极连接第三功率二极管的阴极。
其中，上述第一、第二功率开关管为MOS管。
其中，上述第一、第二功率开关管为IGBT管。
采用上述技术方案带来的有益效果是：
本发明的改进点是在有源网络中加入耦合电感，耦合电感高增益有源网络升压变换器由于电感集成在一个磁芯上，因而变换器的体积明显减小，铁损也大幅度降低，所以转换效率高。而且，主功率开关管的电压应力小，可以选用导通电阻小的开关管，所以转换效率进一步提高。
附图说明
图1为现有的一种有源网络升压变压器的电路图。
图2为本发明的电路图。
图3至图9依次为本发明在输入电压Vi=20V, 第一、第二功率开关管占空比D=0.646，负载电阻RL=200Ω，第一、第二耦合电感匝比均为1:2时，第一功率开关管电压VS1、第二功率开关管电压VS2、第一电感电流iL1a、第二电感电流iL1b、第三电感电流iL2a、第四电感电流iL2b、输出滤波电容电压VC的波形图。
附图中的标号说明： L1a为第一电感，L1b为第二电感，D1a为第一功率二极管，D1b为第二功率二极管，L2a为第三电感，L2b为第四电感，D2a为第三功率二极管，D2b为第四功率二极管，S1、S2为第一、第二功率开关管，Do为输出功率二极管，C为输出滤波电容，RL为负载电阻，iL1a、iL1b、iL2a、iL2b分别为第一电感L1a、第二电感L1b、第三电感L2a、第四电感L2b中流过的电流。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
如图2所示本发明的电路图，耦合电感高增益有源网络升压变换器，包括X型有源网络、输出功率二极管Do、输出滤波电容C以及直流电压源，所述X型有源网络包含第一功率开关管S1、第二功率开关管S2、第一～第四电感以及第一～第四功率二极管，第一功率开关管S1的漏极连接直流电压源的正极，第二功率开关管S2的漏极连接输出功率二极管Do的阳极，它的源极连接直流电压源的负极，输出滤波电容C的两端分别连接第一功率开关管S1的源极和输出功率二极管Do的阴极。第一电感L1a与第二电感L1b同向串联耦合为第一耦合电感，第一耦合电感的一端连接直流电压源的正极，它的另一端连接第一功率二极管D1a的阳极，第一功率二极管D1a的阴极连接第二功率开关管S2的漏极，第二功率二极管D1b的阳极连接第一电感L1a与第二电感L1b的公共端，它的阴极连接第一功率二极管D1a的阴极，第三电感L2a与第四电感L2b同向串联耦合为第二耦合电感，第二耦合电感的一端连接第一功率开关管S1的源极，它的另一端连接第三功率二极管D2a的阳极，第三功率二极管D2a的阴极连接第二功率开关管S2的源极，第四功率二极管D2b的阳极连接第三电感L2a与第四电感L2b的公共端，它的阴极连接第三功率二极管D2a的阴极。负载电阻RL与滤波电容C并联。
在本实施例中，第一、第二功率开关管可以均为MOS管，也可以均为IGBT管。
图3至图9依次为本发明在输入电压Vi=20V, 第一、第二功率开关管占空比D=0.646，负载电阻RL=200Ω，第一、第二耦合电感匝比均为1:2时，第一功率开关管电压VS1、第二功率开关管电压VS2、第一电感电流iL1a、第二电感电流iL1b、第三电感电流iL2a、第四电感电流iL2b、输出滤波电容电压VC的波形图。从图中可以看到，第一、第二功率开关管关断时，它们的电压VS1=VS2=110V ，说明功率开关管电压应力小。耦合电感电流波形波动小且电感电流值小，进而可以选择电感值小且体积小的电感，且两个耦合电感电流大小相同，可以耦合在一个磁芯上进一步减小了升压变换器的体积。输出滤波电容电压(即输出电压)为200V，可见变换器有较大的电压增益。
可见，本发明所述耦合电感高增益有源网络升压变换器具有较小的主功率开关管电压应力和较大的电压增益，同时在保证高转换率的前提下减小了变换器体积。
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 。
Claims (3)
1.耦合电感高增益有源网络升压变换器，包括输出功率二极管、输出滤波电容以及直流电压源，其特征在于：还包括 X型有源网络，所述X型有源网络包含第一功率开关管、第二功率开关管、第一～第四电感以及第一～第四功率二极管，第一功率开关管的漏极连接直流电压源的正极，第二功率开关管的漏极连接输出功率二极管的阳极，它的源极连接直流电压源的负极，输出滤波电容的两端分别连接第一功率开关管的源极和输出功率二极管的阴极，第一电感与第二电感同向串联耦合为第一耦合电感，第一耦合电感的一端连接直流电压源的正极，它的另一端连接第一功率二极管的阳极，第一功率二极管的阴极连接第二功率开关管的漏极，第二功率二极管的阳极连接第一电感与第二电感的公共端，它的阴极连接第一功率二极管的阴极，第三电感与第四电感同向串联耦合为第二耦合电感，第二耦合电感的一端连接第一功率开关管的源极，它的另一端连接第三功率二极管的阳极，第三功率二极管的阴极连接第二功率开关管的源极，第四功率二极管的阳极连接第三电感与第四电感的公共端，它的阴极连接第三功率二极管的阴极。
2.根据权利要求1所述耦合电感高增益有源网络升压变换器，其特征在于：所述第一、第二功率开关管为MOS管。
3.根据权利要求1所述耦合电感高增益有源网络升压变换器，其特征在于：所述第一、第二功率开关管为IGBT管。
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