CN106208682A - 高增益非隔离输入并联输出串联Cuk型组合式直流变换器 - Google Patents

高增益非隔离输入并联输出串联Cuk型组合式直流变换器 Download PDF

Info

Publication number
CN106208682A
CN106208682A CN201610639276.3A CN201610639276A CN106208682A CN 106208682 A CN106208682 A CN 106208682A CN 201610639276 A CN201610639276 A CN 201610639276A CN 106208682 A CN106208682 A CN 106208682A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cuk
output
voltage source
gain
inductance
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
CN201610639276.3A
Other languages
English (en)
Inventor
任林涛
杨柳柳
雷志方
汪飞
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.)
University of Shanghai for Science and Technology
Original Assignee
University of Shanghai for Science and Technology
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 University of Shanghai for Science and Technology filed Critical University of Shanghai for Science and Technology
Priority to CN201610639276.3A priority Critical patent/CN106208682A/zh
Publication of CN106208682A publication Critical patent/CN106208682A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/06—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/0077—Plural converter units whose outputs are connected in series

Abstract

本发明公开了一种高增益非隔离输入并联输出串联Cuk型组合式直流变换器。它包括：电压源、高增益双Cuk组合式直流变换器和负载；电压源串接在高增益双Cuk组合式直流变换器的输入端，负载跨接在高增益双Cuk直流变换器的输出端。本发明的目的在于实现直流电能从低压向高压的转换，以便于分布式直流电源接入直流母线或通过逆变器并网。本发明有如下特点和优点：1）输入电流脉动小；2）变换器的电压变比高，器件所承受的电压应力小；3）由二极管反向恢复引起的电磁干扰小；4）结构简单，控制方便。

Description

高增益非隔离输入并联输出串联Cuk型组合式直流变换器
技术领域
本发明涉及电力电子应用技术和直流变换器技术，特别是涉及一种高增益非隔离输入并联输出串联Cuk型组合式直流变换器，属于直流/直流（DC/DC）变换器领域。
背景技术
随着石油、煤炭和天然气等不可再生能源的大量使用，能源危机、环境污染和生态破坏等问题日益严重。目前，世界各国都在大力开发新型可再生清洁能源，诸如太阳能电池、燃料电池、风力机、燃气轮机和沼气发电等分布式电源的发展在全球范围得到了大力推广。然而光伏电池、燃料电池的输出电压较低，不能直接并网，通常需要高增益的直流功率变换器作为接口电路，然后接入直流母线或通过逆变器并网。
传统的Boost和Cuk等DC/DC变换器，虽然电路拓扑简单，但存在电压增益小，开关管承受电压应力大等问题。目前已有的交错并联Boost直流变换器虽然抑制了输入电流纹波，但并没有提升电压增益。
发明内容
本发明目的在于克服传统的直流变换器输入电流纹波大、电压增益低、开关管电压应力高的缺点，提供一种高增益非隔离输入并联输出串联Cuk型组合式直流变换器。具有低输入电流纹波、高增益、低开关管电压应力、结构简单、控制方便的特点。
为达到上述目的，本发明设计采用以下技术方案：
一种高增益非隔离输入并联输出串联Cuk型组合式直流变换器，包括电压源、高增益双Cuk组合式直流变换器、负载，所述电压源串接在高增益双Cuk组合式直流变换器的输入端，负载跨接在高增益双Cuk直流变换器的输出端，由此将低压直流电转换为高压直流电。
所述高增益双Cuk组合式直流变换器由传统基本Cuk电路和浮动输出型Cuk电路输入并联和输出串联组成。
所述传统基本Cuk电路由第一电感、第一开关管、第一电容、第一二极管、第二电感和第一输出滤波电容组成；所述第一电感一端与电压源正极相连，一端与第一开关管的集电极对接，第一开关管的发射极与电压源的阴极相连；第一电容的阳极与第一开关管的集电极对接，第一电容的阴极与第一二极管的阳极对接，第一二极管的阴极与电压源的负极对接；第二电感的一端与第一二极管的阳极对接，一端与第一输出滤波电容的阴极对接；第一输出滤波电容的阳极与电压源的负极相连，第一输出滤波电容的阴极与负载的一端相连。
所述浮动输出型Cuk电路由第三电感、第二开关管、第二电容、第二二极管、第四电感和第二输出滤波电容组成；所述第三电感一端与电压源负极相连，一端与第二开关管的发射极对接，第二开关管的集电极与电压源的正极相连；第二电容的阴极与第二开关管的发射极对接，第二电容的阳极与第二二极管的阴极对接，第二二极管的阳极与电压源的正极对接；第四电感的一端与第二二极管的阴极对接，一端与第二输出滤波电容的阳极对接；第二输出滤波电容的阴极与电压源的负极相连，第二输出滤波电容的阳极与负载的另一端相连。
与现有技术相比，本发明具有如下显而易见的特点和优点：
本发明中的直流变换器与传统Boost、Cuk变换器相比，其输入电流纹波通过输入并联得到减小；其电压变比通过输出串联得到近一倍的增加；同时其开关管和滤波电容的最大电压应力减小到约为输出电压的一半。
附图说明
图1为本发明的高增益非隔离输入并联输出串联Cuk型组合式直流变换器的结构框图。
图2为本发明的高增益非隔离输入并联输出串联Cuk型组合式直流变换器的主电路图。
图3为本发明的高增益非隔离输入并联输出串联Cuk型组合式直流变换器工作时的等效电路图。
图4为本发明的高增益非隔离输入并联输出串联Cuk型组合式直流变换器工作时的工作原理波形图。
具体实施方式
下面结合附图和优选实施例，对本发明做详细说明。
如图1所示为本发明的高增益非隔离输入并联输出串联Cuk型组合式直流变换器的结构框图。该变换器的输入端由同一个电源供电，输出端为两个变换器的输出与输入源串联组成。实现了能量从低压向高压的转换，为分布式电源接入直流母线或通过逆变器并网时提供接口电路。
如图2所示，一种高增益非隔离输入并联输出串联Cuk型组合式直流变换器，包括电压源、高增益双Cuk组合式直流变换器、负载，所述电压源串接在高增益双Cuk组合式直流变换器的输入端，负载跨接在高增益双Cuk直流变换器的输出端，由此将低压直流电转换为高压直流电。所述电压源的工作电压范围为40V-60V。
所述高增益双Cuk组合式直流变换器由传统基本Cuk电路和浮动输出型Cuk电路输入并联和输出串联组成。
所述传统基本Cuk电路由第一电感L 1、第一开关管S 1、第一电容C 1、第一二极管D 1、第二电感L 2和第一输出滤波电容C 2组成；所述第一电感L 1一端与电压源正极相连，一端与第一开关管S 1的集电极对接，第一开关管S 1的发射极与电压源的阴极相连；第一电容C 1的阳极与第一开关管S 1的集电极对接，第一电容C 1的阴极与第一二极管D 1的阳极对接，第一二极管D 1的阴极与电压源的负极对接；第二电感L 2的一端与第一二极管D 1的阳极对接，一端与第一输出滤波电容C 2的阴极对接；第一输出滤波电容C 2的阳极与电压源的负极相连，第一输出滤波电容C 2的阴极与负载的一端相连。
所述浮动输出型Cuk电路由第三电感L 3、第二开关管S 2、第二电容C 3、第二二极管D 2、第四电感L 4和第二输出滤波电容C 4组成；所述第三电感L 3一端与电压源负极相连，一端与第二开关管S 2的发射极对接，第二开关管S 2的集电极与电压源的正极相连；第二电容C 3的阴极与第二开关管S 2的发射极对接，第二电容C 3的阳极与第二二极管D 2的阴极对接，第二二极管D 2的阳极与电压源的正极对接；第四电感L 4的一端与第二二极管D 2的阴极对接，一端与第二输出滤波电容C 4的阳极对接；第二输出滤波电容C 4的阴极与电压源的负极相连，第二输出滤波电容C 4的阳极与负载的另一端相连。
总之，通过高增益双Cuk组合式直流变换器构造出400V的直流母线。
下面结合附图3和图4叙述本优选实施例的具体工作原理：（其中两相双Cuk变换器采用相差180º的交错控制形式，开关管S 1和S 2均采用独立的PWM驱动工作模式）
如图3和图4所示，t 0-t 1时刻对应图3（a）所示，第一开关管S 1和第二开关管S 2同时开通，第一电感L 1和第三电感L 3电流线性上升，两者均从电压源处获取能量，第一电容C 1向负载R、第二电感L 2、第一输出滤波电容C 2提供能量，同时第二电容C 3向负载R、第四电感L 4、第二输出滤波电容C 4提供能量，输出电压V o=V c2+V c4+V i。
t 1-t 2时刻对应图3（b）所示，第一开关管S 1开通而第二开关管S 2关断，第一电感L 1电流继续上升，第三电感L 3电流线性下降，第一电感L 1继续从电源处获取能量，第三电感L 3和电源同时向第二电容C 3提供能量，与此同时，第四电感L 4和第二输出滤波电容C 4向负载R提供能量，输出电压V o=V c2+V c4+V i。
t 2-t 3时刻与前述t 0-t 1时刻的模态分析一致，输出电压V o=V c2+V c4+V i。
t 3-t 4时刻对应图3（c）所示，第一开关管S 1关断而第二开关管S 2开通，第一电感L 1电流线性下降，第三电感L 3电流继续上升，第三电感L 3继续从电源处获取能量，第一电感L 1和电源同时向第一电容C 1提供能量，与此同时，第二电感L 2、第二输出滤波电容C 2和电源同时向负载R提供能量，输出电压V o=V c2+V c4+V i。
本发明不局限于上述具体实施方式，本领域的技术人员可以根据本发明公开的内容进行多种实施方式。应理解上述实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (4)

1.一种高增益非隔离输入并联输出串联Cuk型组合式直流变换器，包括电压源、高增益双Cuk组合式直流变换器、负载，其特征在于：所述电压源串接在高增益双Cuk组合式直流变换器的输入端，负载跨接在高增益双Cuk直流变换器的输出端，由此将低压直流电转换为高压直流电。
2.根据权利要求1所述的高增益非隔离输入并联输出串联Cuk型组合式直流变换器，其特征在于：所述高增益双Cuk组合式直流变换器由传统基本Cuk电路和浮动输出型Cuk电路输入并联和输出串联组成。
3.根据权利要求2所述的高增益非隔离输入并联输出串联Cuk型组合式直流变换器，其特征在于：所述传统基本Cuk电路由第一电感（L 1）、第一开关管（S 1）、第一电容（C 1）、第一二极管（D 1）、第二电感（L 2）和第一输出滤波电容（C 2）组成；所述第一电感（L 1）一端与电压源正极相连，一端与第一开关管（S 1）的集电极对接，第一开关管（S 1）的发射极与电压源的阴极相连；第一电容（C 1）的阳极与第一开关管（S 1）的集电极对接，第一电容（C 1）的阴极与第一二极管（D 1）的阳极对接，第一二极管（D 1）的阴极与电压源的负极对接；第二电感（L 2）的一端与第一二极管（D 1）的阳极对接，一端与第一输出滤波电容（C 2）的阴极对接；第一输出滤波电容（C 2）的阳极与电压源的负极相连，第一输出滤波电容（C 2）的阴极与负载的一端相连。
4.根据权利要求2所述的高增益非隔离输入并联输出串联Cuk型组合式直流变换器，其特征在于：所述浮动输出型Cuk电路由第三电感（L 3）、第二开关管（S 2）、第二电容（C 3）、第二二极管（D 2）、第四电感（L 4）和第二输出滤波电容（C 4）组成；所述第三电感（L 3）一端与电压源负极相连，一端与第二开关管（S 2）的发射极对接，第二开关管（S 2）的集电极与电压源的正极相连；第二电容（C 3）的阴极与第二开关管（S 2）的发射极对接，第二电容（C 3）的阳极与第二二极管（D 2）的阴极对接，第二二极管（D 2）的阳极与电压源的正极对接；第四电感（L 4）的一端与第二二极管（D 2）的阴极对接，一端与第二输出滤波电容（C 4）的阳极对接；第二输出滤波电容（C 4）的阴极与电压源的负极相连，第二输出滤波电容（C 4）的阳极与负载的另一端相连。
CN201610639276.3A 2016-08-08 2016-08-08 高增益非隔离输入并联输出串联Cuk型组合式直流变换器 Pending CN106208682A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610639276.3A CN106208682A (zh) 2016-08-08 2016-08-08 高增益非隔离输入并联输出串联Cuk型组合式直流变换器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610639276.3A CN106208682A (zh) 2016-08-08 2016-08-08 高增益非隔离输入并联输出串联Cuk型组合式直流变换器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106208682A true CN106208682A (zh) 2016-12-07

Family

ID=57514393

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610639276.3A Pending CN106208682A (zh) 2016-08-08 2016-08-08 高增益非隔离输入并联输出串联Cuk型组合式直流变换器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106208682A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107896059A (zh) * 2017-10-27 2018-04-10 北京交通大学 基于交错并联的电容钳位型高增益升压变换器
CN109302062A (zh) * 2018-10-30 2019-02-01 苏州汇川联合动力系统有限公司 一种双管二次型dc/dc变换器及电子设备
CN109309448A (zh) * 2018-11-21 2019-02-05 三峡大学 一种宽输入宽输出Cuk DC-DC变换器
CN113364294A (zh) * 2021-07-15 2021-09-07 南通大学 低电压应力和低输入电流纹波高增益变换器及控制方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103346672A (zh) * 2013-06-17 2013-10-09 重庆大学 多级单开关升压变换器
CN103997238A (zh) * 2014-05-05 2014-08-20 南京航空航天大学 一种双Boost逆变器的半周期调制方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103346672A (zh) * 2013-06-17 2013-10-09 重庆大学 多级单开关升压变换器
CN103997238A (zh) * 2014-05-05 2014-08-20 南京航空航天大学 一种双Boost逆变器的半周期调制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JUAN CARLOS OSTOS等: "Modeling and analysis of CCM non-isolated high step-up interleaved buck-boost dc/dc converters", 《IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON POWER AND ENERGY》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107896059A (zh) * 2017-10-27 2018-04-10 北京交通大学 基于交错并联的电容钳位型高增益升压变换器
CN107896059B (zh) * 2017-10-27 2020-04-17 北京交通大学 基于交错并联的电容钳位型高增益升压变换器
CN109302062A (zh) * 2018-10-30 2019-02-01 苏州汇川联合动力系统有限公司 一种双管二次型dc/dc变换器及电子设备
CN109309448A (zh) * 2018-11-21 2019-02-05 三峡大学 一种宽输入宽输出Cuk DC-DC变换器
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
CN113364294A (zh) * 2021-07-15 2021-09-07 南通大学 低电压应力和低输入电流纹波高增益变换器及控制方法
CN113364294B (zh) * 2021-07-15 2022-07-26 南通大学 低电压应力和低输入电流纹波高增益变换器及控制方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102223068B (zh) 一种组合式直流-直流变换器
CN106026657B (zh) 非隔离高增益dc-dc升压变换器
WO2016177011A1 (zh) 一种共地的高增益z源升压变换器
CN201699584U (zh) 用于太阳能分布式发电的高效率升压型变换器
CN107919797B (zh) 燃料电池用宽输入范围交错并联型高效升压直流变换器
CN106208682A (zh) 高增益非隔离输入并联输出串联Cuk型组合式直流变换器
CN102684484A (zh) 一种宽输入电压范围的双输入升降压变换器
Ravi et al. An overview of various DC-DC converter techniques used for fuel cell based applications
CN103219912B (zh) 适合宽输入电压升降压并网逆变器的控制方法
CN101635528B (zh) 一种正激式单级隔离逆变器
TWM447043U (zh) 具交錯式柔性切換機制之高效率高升壓比直流轉換器
CN105680699A (zh) 适用于新能源直流并网的高效直流变换器及其控制方法
CN103312153A (zh) 一种并联式多输入耦合电感升降压变换器
CN101552569A (zh) 并网逆变器主电路拓扑
CN109672332A (zh) 一种单管高增益零纹波dc-dc变换器
TW201733256A (zh) 交錯式高升壓ｄｃ－ｄｃ轉換器
CN203434865U (zh) 一种单相高增益升压变换器
CN205336108U (zh) 一种混合型z源变换器
CN209659178U (zh) 一种新型倍压-z源逆变器
CN104467414B (zh) 一种电源-电容串联型直流变换器
CN105490530A (zh) 一种采用开关电感和电压举升技术的准z源变换器
CN203352430U (zh) 一种工频纹波电流抑制装置
CN105529918A (zh) 一种高增益Trans-Z源升压变换器
CN205336109U (zh) 一种采用开关电感和电压举升技术的准z源变换器
CN204597776U (zh) 一种共地的高增益z源升压变换器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20161207