CN108111014A - 混合对称有源升压网络变换器 - Google Patents

混合对称有源升压网络变换器 Download PDF

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杨公德
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Abstract

本发明公开了一种混合对称有源升压网络变换器，包括输入电源Vin，输入电源Vin的正极连接耦合电感原边绕组L1的同名端，耦合电感原边绕组L1的异名端分别连接耦合电感副边绕组L2的同名端和开关管S的漏极，耦合电感副边绕组L2的异名端分别连接电容C1的一端和整流二极管D1的阳极，整流二极管D1的阴极分别连接整流二极管D2的阳极和电容C2的一端，整流二极管D2的阴极分别连接电容C1的另一端和整流二极管Do的阳极，整流二极管Do的阴极分别连接输出电容Co的一端和负载电阻R的一端，输出电容Co的另一端、负载电阻R的另一端、电容C2的另一端和开关管S的源极分别连接输入电源Vin的负极。本发明有效解决了传统变换器升压能力弱、效率低、开关管和输出二极管电压应力大的问题。

Description

混合对称有源升压网络变换器
技术领域
本发明涉及升压网络变换器，特别是涉及一种混合对称有源升压网络变换器。
背景技术
随着化石能源的不断紧缺和环境污染的不断加剧，可再生能源的需求日益凸显，基于新能源和可再生能源的分布式发电系统已成为现在研究的热点，直直变换器是其中的一个重要组成部分。世界上越来越多的人期待可再生能源在日常生活中的使用与发展。像光伏发电系统、燃料电池系统等已经广泛的运用于当今的生产活动中了，然而，常规的BOOST变换器的由于计生参数的影响，它的占空比不能太高，因此BOOST变换器的电压增益能力较低，开关管和输出二极管的电压应力较大，功率损耗严重，因此，BOOST变换器在高效率的情况下不可能提供足够高的电压增益比来增高电压以满足并网的需要。为此，相继出现了各种对称升压单元变换器，但是实现较高的增压比时，开关管电压和输出二极管的应力依然严重，效率不高的问题依然严重。耦合电感技术的出现改善了变换器增益提升的能力，但是由于漏感引起的电压尖峰从而大大降低变换器的效率也是十分严重的。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种能够解决传统变换器升压能力弱、效率低、开关管和输出二极管电压应力大的问题的混合对称有源升压网络变换器。
技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述的混合对称有源升压网络变换器，包括输入电源Vin，输入电源Vin的正极连接耦合电感原边绕组L1的同名端，耦合电感原边绕组L1的异名端分别连接耦合电感副边绕组L2的同名端和开关管S的漏极，耦合电感副边绕组L2的异名端分别连接电容C1的一端和整流二极管D1的阳极，整流二极管D1的阴极分别连接整流二极管D2的阳极和电容C2的一端，整流二极管D2的阴极分别连接电容C1的另一端和整流二极管Do的阳极，整流二极管Do的阴极分别连接输出电容Co的一端和负载电阻R的一端，输出电容Co的另一端、负载电阻R的另一端、电容C2的另一端和开关管S的源极分别连接输入电源Vin的负极。
进一步，还包括钳位电容Cb，钳位电容Cb的一端连接耦合电感原边绕组L1的同名端，钳位电容Cb的另一端连接耦合电感原边绕组L1异名端。钳位电容Cb能够与钳位二极管Db构成无源无损钳位电路，为耦合电感漏感能量提供释放回路，同时，钳位电容Cb的电压转移到升压电容C3上，提高了变换器横向的升压能力。
进一步，还包括钳位二极管Db，钳位二极管Db的阴极连接钳位电容Cb的另一端，钳位二极管Db的阳极连接耦合电感原边绕组L1异名端。钳位二极管Db能够与钳位电容Cb，构成无源无损钳位电路，提高变换器的效率，同时也可以起到抑制开关管上电压尖峰的效果,另外后还可以提高变换器的升压能力。
进一步，还包括整流二极管D3，整流二极管D3的阳极连接钳位电容Cb的另一端，整流二极管D3的阴极连接耦合电感副边绕组L2的异名端。整流二极管D3能够实现升压电容C3与电容C1同时充电，进一步提高变换器的升压能力。
进一步，还包括升压电容C3，升压电容C3的一端连接耦合电感原边绕组L1异名端，升压电容C3的另一端连接耦合电感副边绕组L2的同名端。升压电容C3能够与电容C1同时充放电，构成对称的升压结构，提高变换器的升压能力，同时钳位电容Cb的电压转移到升压电容C3上，增加了变换器横向的升压能力，升压电容C3与电源、电感的第一绕组、电感的第二绕组一起给升压电容C2充电，提高了变换器的纵向升压能力，以至于变换器的输出二极管的电压应力可以有效降低。
有益效果：本发明公开了一种混合对称有源升压网络变换器，与现有技术相比，具有如下的有益效果：
1)混合对称有源升压网络中的两个电容C1、C3同时充放电属于对称结构，混合对称有源升压网络中的电容C2与电容C1、C3异步充放电，属于不对称结构，使变换器的升压能力得到提高；
2)钳位电容Cb的电压转移到升压电容C3上，增加了变换器横向的升压能力，以至于变换器的电压转换比高，此外升压电容C3与电源、电感的第一绕组、电感的第二绕组一起给升压电容C2充电，提高了变换器的纵向升压能力。
3)括钳位二极管Db与钳位电容Cb，构成无源无损钳位电路融入混合对称有源网络，再次提高了变换器的升压能力,还有效地抑制了主开关上的电压尖峰，变换器升压能力的提高也使得输出二极管的电压应力可以有效降低。
附图说明
图1为本发明第一种具体实施方式的电路图；
图2为本发明第二种具体实施方式的电路图；
图3为本发明第二种具体实施方式的等效电路图；
图4为本发明第二种具体实施方式的模态图；
图5为本发明第二种具体实施方式的第一种开关模态的等效图；
图6为本发明第二种具体实施方式的第二种开关模态的等效图；
图7为本发明第二种具体实施方式的第三种开关模态的等效图；
图8为本发明第二种具体实施方式的第四种开关模态的等效图；
图9为本发明第二种具体实施方式的第五种开关模态的等效图；
图10为本发明第二种具体实施方式的开关管漏源两端波形图；
图11为本发明第二种具体实施方式的开关管、耦合电感副边绕组L2波形图；
图12为本发明第二种具体实施方式的开关管、耦合电感原边绕组L1波形图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步的介绍。
第一种具体实施方式公开了一种混合对称有源升压网络变换器，如图1所示，包括输入电源Vin，输入电源Vin的正极连接耦合电感原边绕组L1的同名端，耦合电感原边绕组L1的异名端分别连接耦合电感副边绕组L2的同名端和开关管S的漏极，耦合电感副边绕组L2的异名端分别连接电容C1的一端和整流二极管D1的阳极，整流二极管D1的阴极分别连接整流二极管D2的阳极和电容C2的一端，整流二极管D2的阴极分别连接电容C1的另一端和整流二极管Do的阳极，整流二极管Do的阴极分别连接输出电容Co的一端和负载电阻R的一端，输出电容Co的另一端、负载电阻R的另一端、电容C2的另一端和开关管S的源极分别连接输入电源Vin的负极。
第二种具体实施方式公开了一种混合对称有源升压网络变换器，如图2所示，包括输入电源Vin，输入电源Vin的正极连接耦合电感原边绕组L1的同名端，耦合电感原边绕组L1的异名端分别连接钳位二极管Db的阳极、开关管S的漏极和升压电容C3的一端，钳位二极管Db的阴极分别连接钳位电容Cb的另一端和整流二极管D3的阳极，钳位电容Cb的一端连接耦合电感原边绕组L1的同名端，升压电容C3的另一端连接耦合电感副边绕组L2的同名端，耦合电感副边绕组L2的异名端分别连接整流二极管D3的阴极、电容C1的一端和整流二极管D1的阳极，整流二极管D1的阴极分别连接整流二极管D2的阳极和电容C2的一端，整流二极管D2的阴极分别连接电容C1的另一端和整流二极管Do的阳极，整流二极管Do的阴极分别连接输出电容Co的一端和负载电阻R的一端，输出电容Co的另一端、负载电阻R的另一端、电容C2的另一端和开关管S的源极分别连接输入电源Vin的负极。
其中，开关管S为MOS管或者IGBT。
耦合电感的等效电路为励磁电感LM、漏电感LK、原边理想变压器N1、副边理想变压器N2，如图3所示。耦合电感原边绕组L1的电流为耦合电感副边绕组L2的电流为耦合电感原边绕组L1的电压为耦合电感副边绕组L2的电压为整流二极管Do的电流和电压分别为和流过开关管S的电流和电压分别为iS和VDS，整流二极管D1的电流和电压分别为和整流二极管D2的电流和电压分别为和整流二极管D3的电流和电压分别为和电容C1的电流为电容C2的电流为电容Cb的电流为
图4为升压变换器的模态图。工作过程分为5个开关模态，分别为第一种开关模态至第五种开关模态，电阻R为负载，具体描述如下：
第一种开关模态，对应图4中的[t0,t1]：等效电路图5所示，在t0时刻开通开关管S，耦合电感原边绕组L1充电，耦合电感副边绕组L2通过整流二极管Do与电容C1、C3一起续流，输出电容Co给负载R供电。
第二种开关模态，对应图4中的[t1,t2]：等效电路图6所示，在t1时刻整流二极管D1和Do关断，整流二极管D2和D3导通，耦合电感原边绕组L1继续充电，耦合电感副边绕组L2储存能量，电容C2和Cb放电，电容C1、C3充电，输出电容Co给负载R供电。
第三种开关模态，对应图4中的[t2,t3]：等效电路图7所示，在t2时刻钳位二极管Db导通，耦合电感原边绕组L1开始放电，钳位电容Cb开始充电，耦合电感副边绕组L2继续储存能量，电容C1、C3继续充电，输出电容Co给负载R供电。
第四种开关模态，对应图4中的[t3,t4]：等效电路图8所示，在t3时刻开关管S关断，整流二极管D3关断，整流二极管D1和Do导通，耦合电感原边绕组L1继续放电，耦合电感副边绕组L2开始放电，电容C2开始充电，输入电源给输出电容Co和负载R供电。
第五种开关模态，对应图4中的[t4,t5]：等效电路图9所示，在t4时刻钳位二极管Db关断，电容C2继续充电，输出电容Co给负载R供电。
有上述分析可得增益表达式为：
MCCM＝(2N+3)/(1-D)
其中D为开关管S的占空比，N为耦合电感的副边与原边的匝数比。
变换器按照第一种开关模态至第五种开关模态工作时，电路中开关管、耦合电感原边绕组L2、耦合电感副边绕组L3的波形具体描述如下
在图10中，输入电压Vin＝30V，输出电压Vo＝400V，开关管的漏源两端的电压差VGS的纵坐标为100伏/单元格，单位为20毫秒/单元格的实验波形；
在图11中，输入电压Vin＝30V，输出电压Vo＝400V，开关管的漏源两端的电压差VGS的纵坐标为100伏/单元格，耦合电感副边绕组的电压的纵坐标为100伏/单元格，耦合电感副边绕组的电流的纵坐标为10安/单元格，单位为10毫秒/单元格的实验波形；
在图12中，输入电压Vin＝30V，输出电压Vo＝400V，开关管的漏源两端的电压差VGS的纵坐标为100伏/单元格，耦合电感原边绕组的电压的纵坐标为100伏/单元格，耦合电感原边绕组的电流的纵坐标为10安/单元格，单位为10毫秒/单元格的实验波形。

Claims (5)

1.混合对称有源升压网络变换器，其特征在于：包括输入电源Vin，输入电源Vin的正极连接耦合电感原边绕组L1的同名端，耦合电感原边绕组L1的异名端分别连接耦合电感副边绕组L2的同名端和开关管S的漏极，耦合电感副边绕组L2的异名端分别连接电容C1的一端和整流二极管D1的阳极，整流二极管D1的阴极分别连接整流二极管D2的阳极和电容C2的一端，整流二极管D2的阴极分别连接电容C1的另一端和整流二极管Do的阳极，整流二极管Do的阴极分别连接输出电容Co的一端和负载电阻R的一端，输出电容Co的另一端、负载电阻R的另一端、电容C2的另一端和开关管S的源极分别连接输入电源Vin的负极。
2.根据权利要求1所述的混合对称有源升压网络变换器，其特征在于：还包括钳位电容Cb，钳位电容Cb的一端连接耦合电感原边绕组L1的同名端，钳位电容Cb的另一端连接耦合电感原边绕组L1异名端。
3.根据权利要求2所述的混合对称有源升压网络变换器，其特征在于：还包括钳位二极管Db，钳位二极管Db的阴极连接钳位电容Cb的另一端，钳位二极管Db的阳极连接耦合电感原边绕组L1异名端。
4.根据权利要求3所述的混合对称有源升压网络变换器，其特征在于：还包括整流二极管D3，整流二极管D3的阳极连接钳位电容Cb的另一端，整流二极管D3的阴极连接耦合电感副边绕组L2的异名端。
5.根据权利要求3所述的混合对称有源升压网络变换器，其特征在于：还包括升压电容C3，升压电容C3的一端连接耦合电感原边绕组L1异名端，升压电容C3的另一端连接耦合电感副边绕组L2的同名端。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109713896A (zh) * 2019-01-04 2019-05-03 国网山东省电力公司淄博供电公司 具有反比平方特性的高增益boost变换器及其控制方法
CN109713899A (zh) * 2018-12-20 2019-05-03 东南大学 一种燃料电池用交错并联型dc-dc变换器
CN111900877A (zh) * 2020-06-29 2020-11-06 哈尔滨工程大学 一种基于耦合电感和升压电容的软开关高增益直流变换器

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105471253A (zh) * 2015-11-24 2016-04-06 哈尔滨工业大学 T型耦合电感网络升压变换器
CN106787706A (zh) * 2017-02-21 2017-05-31 东南大学 耦合电感混合举升压变换器

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105471253A (zh) * 2015-11-24 2016-04-06 哈尔滨工业大学 T型耦合电感网络升压变换器
CN106787706A (zh) * 2017-02-21 2017-05-31 东南大学 耦合电感混合举升压变换器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JIAN AI.ET.AL.: "Ultralarge Gain Step-Up Coupled-Inductor DC–DC Converter With an Asymmetric Voltage Multiplier Network for a Sustainable Energy System", 《IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS》 *
MANXIN CHEN,ET.AL.: "Hybrid switched-capacitor quadratic boost converters with very high DC gain and low voltage stress on their semiconductor devices", 《IEEE ENERGY CONVERSION CONGRESS AND EXPOSITION》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109713899A (zh) * 2018-12-20 2019-05-03 东南大学 一种燃料电池用交错并联型dc-dc变换器
CN109713896A (zh) * 2019-01-04 2019-05-03 国网山东省电力公司淄博供电公司 具有反比平方特性的高增益boost变换器及其控制方法
CN111900877A (zh) * 2020-06-29 2020-11-06 哈尔滨工程大学 一种基于耦合电感和升压电容的软开关高增益直流变换器
CN111900877B (zh) * 2020-06-29 2022-04-05 哈尔滨工程大学 一种基于耦合电感和升压电容的软开关高增益直流变换器

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