CN108429452B - 一种光伏系统用二次型多自举dc-dc变换器 - Google Patents

一种光伏系统用二次型多自举dc-dc变换器 Download PDF

Info

Publication number
CN108429452B
CN108429452B CN201810205826.XA CN201810205826A CN108429452B CN 108429452 B CN108429452 B CN 108429452B CN 201810205826 A CN201810205826 A CN 201810205826A CN 108429452 B CN108429452 B CN 108429452B
Authority
CN
China
Prior art keywords
capacitor
diode
respectively connected
anode
inductor
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.)
Active
Application number
CN201810205826.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN108429452A (zh
Inventor
林明耀
刘同民
艾建
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.)
Southeast University
Original Assignee
Southeast University
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 Southeast University filed Critical Southeast University
Priority to CN201810205826.XA priority Critical patent/CN108429452B/zh
Publication of CN108429452A publication Critical patent/CN108429452A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108429452B publication Critical patent/CN108429452B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Abstract

本发明公开了一种光伏系统用二次型多自举DC‑DC变换器，包括输入电源Vin，输入电源Vin的正极连接电感L1的一端，电感L1的另一端分别连接续流二极管D1的阳极和续流二极管D2的阳极，续流二极管D1的阴极分别连接耦合电感的原边绕组L2的一端、电容C1的一端、续流二极管D5的阳极和钳位电容Cb的一端，耦合电感的原边绕组L2的另一端分别连接电容C4的一端、续流二极管D2的阴极和开关管S的漏极，电容Cb的另一端分别连接钳位二极管Db的阴极和续流二极管D3的阳极，电容C4的另一端分别连接钳位二极管Db的阳极、续流二极管D4的阳极和电容C3的一端，电容C3的另一端连接耦合电感副边绕组L3的一端。

Description

一种光伏系统用二次型多自举DC-DC变换器
技术领域
本发明涉及DC-DC变换器，特别是涉及一种光伏系统用二次型多自举DC-DC 变换器。
背景技术
随着传统化石能源的日趋枯竭和人类生存环境的日益恶化，清洁型的可再生能源的发展已经到了迫在眉睫的地步，世界各国都在致力于研究和开发新能源的应用，其中太阳能和风能已经得到了较为广泛的应用。不过对于这些系统，如何并网运行、满足电网中的高电压需要仍然是最重要的问题。目前，大量的升压转换器被开发出来满足这些应用，在不同的转换器中，传统的BOOST变换器理论上可以通过提高占空比来提高电压增益。但是实际应用中，由于寄生参数的限制，无法实现非常高的电压增益。若采用级联型的拓扑结构，器件数量增加所带来的效率不高的问题又会凸显。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种能够提高效率和高增益比的光伏系统用二次型多自举DC-DC变换器。
技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述的一种光伏系统用二次型多自举DC-DC变换器。包括输入电源Vin，输入电源Vin的正极连接电感L1的一端，电感L1的另一端分别连接续流二极管D1的阳极和续流二极管D2的阳极，续流二极管D1的阴极分别连接耦合电感的原边绕组L2的一端、电容C1的一端、续流二极管D5的阳极和钳位电容Cb的一端，耦合电感的原边绕组L2的另一端分别连接电容C4的一端、续流二极管D2的阴极和开关管S的漏极，电容Cb的另一端分别连接钳位二极管Db的阴极和续流二极管D3的阳极，电容C4的另一端分别连接钳位二极管Db的阳极、续流二极管D4的阳极和电容C3的一端，电容C3的另一端连接耦合电感副边绕组L3的一端，耦合电感副边绕组L3的另一端分别连接续流二极管D4的阴极和电容C2的一端，电容C2的另一端分别连接续流二极管D3的阴极和输出二极管Do的阳极，输出整流二极管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、开关管S的源极和电容C1的另一端分别连接输入电源Vin的负极。
有益效果：本发明公开了一种光伏系统用二次型多自举DC-DC变换器，与现有技术相比，具有以下的有益效果：
1)本发明融合了二次型的电路结构，有效地提高了电压增益，只使用一个开关管，降低了系统控制的难度，也进一步提高了效率，而且开关管S和输出整流二极管Do的电应力不会受到影响；
2)本发明融合了耦合电感结构，显著提高了升压能力，也提高了变换器应用场合的灵活性，同时增加了漏感能量的钳位电路，漏感的能量可以得到有效的释放，避免了谐振现象，同时也提高了电路的效率；
3)本发明融合了多自举的升压单元结构，与传统的升压变换器相比，升压性能得到提高；与传统的单自举结构的升压单元相比较，随着占空比的增加，该转换器具有优越的升压电压性能。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中升压变换器的电路图；
图2为本发明具体实施方式中升压变换器的等效电路图；
图3为本发明具体实施方式中升压变换器的模态图；
图4为本发明具体实施方式中升压变换器的第一种开关模态的等效图；
图5为本发明具体实施方式中升压变换器的第二种开关模态的等效图；
图6为本发明具体实施方式中升压变换器的第三种开关模态的等效图；
图7为本发明具体实施方式中升压变换器的第四种开关模态的等效图；
图8为本发明具体实施方式中升压变换器的第五种开关模态的等效图；
图9为本发明具体实施方式中升压变换器的第六种开关模态的等效图；
图10为本发明具体实施方式中升压变换器的开关管S栅源两端的电压、输出电压Vo和输出整流二极管Do的电流的波形图；
图11为本发明具体实施方式中升压变换器的开关管S栅源两端的电压、耦合电感原边绕组L2的电流和耦合电感原边绕组L2两端的电压的波形图；
图12为本发明具体实施方式中升压变换器的开关管S栅源两端的电压、电容C2的电流和电容C3的电流的波形图；
图13为本发明具体实施方式中升压变换器的开关管S栅源两端的电压、续流二极管D3的电流和续流二极管D4的电流的波形图；
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的介绍。
本发明具体实施方式公开了一种光伏系统用二次型多自举DC-DC变换器，如图1所示，输入电源Vin，输入电源Vin的正极连接电感L1的一端，电感L1的另一端分别连接续流二极管D1的阳极和续流二极管D2的阳极，续流二极管D1的阴极分别连接耦合电感的原边绕组L2的一端、电容C1的一端、续流二极管D5的阳极和钳位电容 Cb的一端，耦合电感的原边绕组L2的另一端分别连接电容C4的一端、续流二极管D2的阴极和开关管S的漏极，电容Cb的另一端分别连接钳位二极管Db的阴极和续流二极管D3的阳极，电容C4的另一端分别连接钳位二极管Db的阳极、续流二极管D4的阳极和电容C3的一端，电容C3的另一端连接耦合电感副边绕组L3的一端，耦合电感副边绕组L3的另一端分别连接续流二极管D4的阴极和电容C2的一端，电容C2的另一端分别连接续流二极管D3的阴极和输出二极管Do的阳极，输出整流二极管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、开关管S的源极和电容C1的另一端分别连接输入电源Vin的负极。其中，开关管S为MOSFET或者IGBT。
耦合电感原边绕组L1的等效电路为漏感LK和励磁电感LM，原边理想变压器匝数N1、副边理想变压器匝数N2。如图2所示。输入电源的电流为iin，输入电源的电压为Vin，电感L1电流为电感L1两侧的电压为耦合电感原边绕组励磁电感LM的电流为耦合电感原边绕组励磁电感LM两侧的电压为耦合电感原边绕组漏感LK的电流为耦合电感原边绕组漏感LK两侧的电压为耦合电感副边绕组L3的电流为耦合电感副边绕组L3两侧的电压为输出整流二极管Do的电流为输出整流二极管Do两端的电压为流过开关管S的电流为iS，开关管S 两端的电压为VS，二极管Db的电流为二极管Db两端的电压为二极管D1的电流为二极管D1两端的电压为二极管D2的电流为二极管D2两端的电压为二极管D3的电流为二极管D3两端的电压为二极管D4的电流为二极管D4两端的电压为二极管D5的电流为二极管D5两端的电压为二极管Cb的电流为二极管Cb两端的电压为电容C1的电流为电容C1两端的电压为电容C2的电流为电容C2两端的电压为电容C3的电流为电容C3两端的电压为电容C4的电流为电容C4两端的电压为输出电容Co的电流为输出电容Co两端的电压为负载电阻R的电流为io。
图3为升压变换器的模态图。升压变换器的工作过程分为6个开关模态，分别为第一种开关模态至第六种开关模态，电阻R为负载，具体描述如下：
第一种开关模态，对应图3中的[t0,t1]：等效电路图4所示，开关管S和续流二极管D2、续流二极管D5和输出二极管Do导通，电流的流通途径如图4所示，电源给电感L1充电，电感L1储存能量，电容C1同时给耦合电感的原边绕组L2和电容C4充电，耦合电感的副边绕组L3通过输出二极管Do、电容C2、电容C3、电容C1、电容C4和耦合电感的原边绕组L2构成的回路续流到输出电容Co和负载R上。
第二种开关模态，对应图3中的[t1,t2]：等效电路图5所示，开关管S和续流二极管D2、续流二极管D3和续流二极管D5导通，电流的流通途径如图5所示，电源继续给电感L1充电，电感L1继续储存能量，电容C1继续给耦合电感的原边绕组L2和电容C4充电，同时电容C1通过钳位电容Cb、续流二极管D3、电容C3、耦合电感副边绕组L3和开关管S构成的回路给电容C2充电，输出电容Co放点给负载R。
第三种开关模态，对应图3中的[t2,t3]：等效电路图6所示，开关管S和续流二极管D2、续流二极管D3、续流二极管D5和续流二极管D4导通，电流的流通途径如图6所示，电源继续给电感L1充电，电感L1继续储存能量，电容C1继续给耦合电感的原边绕组L2和电容C4充电，耦合电感原边绕组L2的电压不断升高，同时，耦合电感副边绕组L3的电压也不断升高，耦合电感副边绕组L3通过续流二极管D4给电容 C3充电。电容C1继续给电容C2充电，输出电容Co放点给负载R。
第四种开关模态，对应图3中的[t3,t4]：等效电路图7所示，开关管S在t3时关断，同时，续流二极管D1和钳位二极管Db开通，续流二极管D2、续流二极管D5和续流二极管D3关断，电流的流通途径如图7所示，电源和电感L1给电容C1充电，耦合电感原边绕组漏感LK能量通过钳位二极管Db个和钳位电容Cb构成的回路释放，耦合电感副边绕组L3通过续流二极管D4继续给电容C3充电，输出电容Co放点给负载R。
第五种开关模态，对应图3中的[t4,t5]：等效电路图8所示，开关管继续关断，同时，续流二极管D1继续开通，输出整流二极管Do开通，续流二极管D4关断，续流二极管D2、续流二极管D5和续流二极管D3继续关断，电流的流通途径如图8所示，电源、电感L1、耦合电感原边绕组L2、耦合电感副边绕组L3、电容C2和电容C3同时释放能量给负载，并且给电容C1和输出电容Co充电，耦合电感原边绕组漏感LK能量继续通过钳位二极管Db个和钳位电容Cb构成的回路释放。
第六种开关模态，对应图3中的[t5,t6]：等效电路图9所示，开关管继续关断，同时续流二极管D1和输出整流二极管Do继续开通，电流的流通途径如图9所示，电源、电感L1、耦合电感原边绕组L2、耦合电感副边绕组L3、电容C2和电容C3同时释放能量给负载，并且给电容C1和输出电容Co充电，耦合电感漏感LK能量释放结束，钳位二极管Db关断。
由上述分析可得增益表达式为：
其中D为开关管S的占空比，N为耦合电感原边副边的匝数比，K为耦合电感的耦合系数。
变换器按照第一种开关模态至第六种开关模态工作时，电路中开关管S栅源电压、耦合电感原边绕组L2两端电压和电流、输出整流二极管Do的电流、续流二极管 D3的电流、续流二极管D4的电流、电容C2的电流和电容C3的电流的波形具体描述如下：
在图10中，输入电压Vin＝24V，输出电压Vo＝400V，开关管S的栅源两端的电压差VGS的纵坐标为5伏/单元格，输出二极管Do的电流纵坐标为2.5安/单元格，输出电压Vo纵坐标为100伏/单元格。
在图11中，输入电压Vin＝24V，输出电压Vo＝400V，开关管S的栅源两端的电压差VGS的纵坐标为5伏/单元格,耦合电感原边绕组L2的电压纵坐标为25伏/单元格，耦合电感原边绕组L2的电流纵坐标为5安/单元格。
在图12中，输入电压Vin＝24V，输出电压Vo＝400V，开关管S的栅源两端的电压差VGS的纵坐标为5伏/单元格，电容C2的电流纵坐标为5安/单元格，电容C3的电流纵坐标为10安/单元格。
在图13中，输入电压Vin＝24V，输出电压Vo＝400V，开关管S的栅源两端的电压差VGS的纵坐标为5伏/单元格，二极管D3的电流纵坐标为5安/单元格,二极管 D4的电流纵坐标为5安/单元格。

Claims (1)

1.一种光伏系统用二次型多自举DC-DC变换器，其特征在于：包括输入电源Vin，输入电源Vin的正极连接电感L1的一端，电感L1的另一端分别连接续流二极管D1的阳极和续流二极管D2的阳极，续流二极管D1的阴极分别连接耦合电感的原边绕组L2的一端、电容C1的一端、续流二极管D5的阳极和钳位电容Cb的一端，耦合电感的原边绕组L2的另一端分别连接电容C4的一端、续流二极管D2的阴极和开关管S的漏极，电容Cb的另一端分别连接钳位二极管Db的阴极和续流二极管D3的阳极，电容C4的另一端分别连接钳位二极管Db的阳极、续流二极管D4的阳极和电容C3的一端，电容C3的另一端连接耦合电感副边绕组L3的一端，耦合电感副边绕组L3的另一端分别连接续流二极管D4的阴极和电容C2的一端，电容C2的另一端分别连接续流二极管D3的阴极和输出二极管Do的阳极，输出整流二极管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、开关管S的源极和电容C1的另一端分别连接输入电源Vin的负极。
CN201810205826.XA 2018-03-13 2018-03-13 一种光伏系统用二次型多自举dc-dc变换器 Active CN108429452B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810205826.XA CN108429452B (zh) 2018-03-13 2018-03-13 一种光伏系统用二次型多自举dc-dc变换器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810205826.XA CN108429452B (zh) 2018-03-13 2018-03-13 一种光伏系统用二次型多自举dc-dc变换器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108429452A CN108429452A (zh) 2018-08-21
CN108429452B true CN108429452B (zh) 2019-12-10

Family

ID=63157968

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810205826.XA Active CN108429452B (zh) 2018-03-13 2018-03-13 一种光伏系统用二次型多自举dc-dc变换器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108429452B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108429451B (zh) * 2018-03-13 2020-02-18 东南大学 一种光伏系统用级联型多自举dc-dc变换器
CN109698621A (zh) * 2018-12-03 2019-04-30 东南大学 高增益无谐振软启动电源系统

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8199540B2 (en) * 2010-01-06 2012-06-12 National Taiwan University Of Science And Technology High voltage gain power converter
CN102684482A (zh) * 2012-05-30 2012-09-19 安徽工业大学 一种单开关高增益直流升压型变换器
CN103490628B (zh) * 2013-09-16 2016-06-29 华南理工大学 一种单相高增益升压变换器
CN203645540U (zh) * 2013-11-14 2014-06-11 华南理工大学 带耦合电感的高效率高增益dc-dc变换器
CN203590031U (zh) * 2013-11-14 2014-05-07 华南理工大学 高效率高增益低电压电流应力的dc-dc变换器

Also Published As

Publication number Publication date
CN108429452A (zh) 2018-08-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101783588B (zh) 无源无损箝位单相高增益变换器
CN103929058A (zh) 基于耦合电感的两相交错并联变换器
CN201608539U (zh) 无源无损箝位单相高增益变换器
CN110224601B (zh) 一种基于三绕组耦合电感的高增益Boost变换器及其工作方法
CN103887987B (zh) 一种基于开关电容的多重倍压高增益高频整流隔离变换器
CN104009645A (zh) 一种串并联混合式双输出llc谐振变换器
CN103475211A (zh) 融合耦合电感与倍压电路的升压变换器
CN103051179A (zh) 高升压比倍压结构无源无损箝位变换器
CN215934730U (zh) 一种高升压比的dc-dc变换器
CN108429452B (zh) 一种光伏系统用二次型多自举dc-dc变换器
CN113783418B (zh) 一种低输入电流纹波高增益软开关直流变换器
CN108599560B (zh) 光伏系统用两电容钳位的多自举级联型dc-dc变换器
CN103066837A (zh) 高增益倍压结构有源无损箝位变换器
CN201018423Y (zh) 一种滞后桥臂实现零电压、零电流开关的全桥变换器
CN110581649B (zh) 一种高增益软开关直流变换器及其控制方法
CN209659178U (zh) 一种新型倍压-z源逆变器
CN108429451B (zh) 一种光伏系统用级联型多自举dc-dc变换器
CN108448892B (zh) 一种光伏系统用二次型多倍压单元dc-dc变换器
CN203775028U (zh) 基于耦合电感的两相交错并联变换器
CN116365878A (zh) 应用于直流微电网系统的高升压软开关直流变换器
CN203039579U (zh) 一种高增益倍压结构有源无损箝位变换器
CN216564938U (zh) 一种三绕组耦合电感高增益dc/dc变换器
CN214900647U (zh) 一种应用于微型逆变器的有源交错反激电路
CN108649795B (zh) 一种光伏系统用级联型多倍压单元dc-dc变换器
CN114301292A (zh) 一种软开关型双向buck-boost变换器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant