CN109617399A - 基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器，包括：输入电源一端与第一电感一端相连；第一电感另一端、第一开关管、第一电容一端连接于第一节点；第一电容另一端、第二电感、第一二极管一端连接于第二节点；第二电容一端连接于第一节点或第二节点；第二电容另一端、第二二极管、第三二极管一端相连；第一二极管另一端、负载和第四电容一端相连；第三二极管、负载另一端和第三电容一端相连；输入电源另一端、第一开关管另一端、第二电感另一端、第二二极管另一端、第三电容另一端和第四电容另一端相连。该变换器将Sepic变换器和箝位升压单元组合，得到具有高电压增益、低器件应力、低输入纹波特点的新型变换器。

Description

基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器。
背景技术
随着化石能源的枯竭，电力需求量不断攀升，传统火力发电难以满足未来电力的需求，因此燃料电池、光伏发电等绿色可持续能源在近些年快速增长。燃料电池和光伏电池的输出电压比较低，一般为20～50V，而单相并网逆变器的直流侧电压为400V，因此需要具有高直流电压增益、高转化效率、高功率密度的直流变换器将20～50V电压升至较高的直流电压，实现新能源并网。
针对这一问题，目前已经有很多高增益直流变换器的技术出现，主要分为隔离型和非隔离型的高增益直流变换器。对于隔离型高增益直流变换器，有全桥高增益直流变换器、半桥高增益直流变换器、Flyback型(反激式型)高增益直流变换器。该种类型的高增益直流变换器由于变压器存在，因此其体积大，功率密度比较小，除此之外变压器的损耗较高，因此使得新能源发电系统的效率比较低。对于非隔离型的高增益直流变换器来说，目前主要有开关电容型高增益直流变换器、基于倍压单元的高增益直流变换器、基于电压泵升单元的高增益直流变换器和基于开关电感型的高增益直流变换器。对于开关电容型高增益直流变换器由于其电容充放电，会导致变换器中半导体器件的功率损耗较大，因此效率比较低；对于开关电感型高增益变换器来说，由于开关电感单元中包含两个电感、三个二极管，因此会使整个系统的效率降低，并且电感的体积较大，会使变换器的整体体积增大，变换器的功率密度下降；对于基于电压泵升单元的高增益直流变换器来说，其使用电容进行电压的泵升，但是电压增益比较低，并且变换器中半导体器件的电压应力较大。
其次，对于光伏电池和燃料电池来说，电流纹波的增加会使其使用寿命降低，因此需要使用低输入电流纹波的高增益变换器。但是目前开关电感型高增益变换器、开关电容型高增益变换器由于电容或电感的并联充电和串联放电使得变换器存在着较大的输入电流纹波。
因此为了提高光伏电池和燃料电池的寿命，为了满足20～50V直流电压升至较高的直流电压，并且实现器件应力低，变换器效率较高的需求，需要继续探究高增益、低电流纹波、低电压应力、高效率的升压变换器。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的目的在于提出一种基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器。
为达到上述目的，本发明提出了基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器，包括：输入电源Vin一端与第一电感L1一端相连；所述第一电感L1的另一端、第一开关管S1、第一电容C1一端连接于第一节点；所述第一电容C1的另一端、第二电感L2、第一二极管D1一端连接于第二节点；第二电容C2一端连接于所述第一节点或所述第二节点；所述第二电容C2的另一端、第二二极管D2、第三二极管D3一端相连；所述第一二极管D1的另一端、负载RL和第四电容C4一端相连；所述第三二极管D3、所述负载RL另一端和第三电容C3一端相连；所述输入电源Vin的另一端、所述第一开关管S1的另一端、所述第二电感L2的另一端、所述第二二极管D2的另一端、所述第三电容C3的另一端和所述第四电容C4的另一端相连。
本发明实施例的基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器，通过升压单元的升压功能，使得变换器具有较高的电压增益，且实现器件电压应力低，输入电流纹波小，有效提高光伏电池和燃料电池的寿命，满足低直流电压升至较高的直流电压及变换器效率较高的需求。
另外，根据本发明上述实施例的基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，高增益直流变换器由Sepic型变换器和箝位升压单元构成，其中，箝位升压单元包括：所述第二二极管D2，所述第三二极管D3，所述第二电容C2和所述第三电容C3。
可选地，在本发明的一个实施例中，所述Sepic变换器与所述箝位升压单元的第一种组合为：所述Sepic变换器和所述箝位升压单元通过所述第一节点、所述第三节点和所述第四节点相连，生成第一种基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第一种组合方式连接方式为：所述输入电源Vin正极和所述第一电感L1一端相连，所述第一电感L1另一端、所述第一开关管S1漏极、所述第一电容C1一端和所述第二电容C2一端相连，所述第一电容C1另一端、所述第二电感L2一端和所述第一二极管D1阳极相连，所述第一二极管D1阴极、所述负载RL一端和所述第四电容C4一端相连，所述第二电容C2另一端、所述第二二极管D2阳极、所述第三二极管D3阴极相连，所述负载RL另一端、所述第三二极管D3阳极和所述第三电容C3一端相连，所述输入电源Vin的负极、所述第一开关管S1的源极、所述第二电感L2另一端、所述第二二极管D2阴极、所述第三电容C3另一端和所述第四电容C4另一端相连。
可选地，在本发明的一个实施例中，所述Sepic变换器与所述箝位升压单元的第二种组合为：所述Sepic变换器和所述箝位升压单元通过所述第二节点、所述第三节点和所述第四节点相连，生成第二种基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第二种组合方式连接方式为：所述输入电源Vin的阳极和所述第一电感L1一端相连，所述第一电感L1另一端、所述第一开关管S1漏极和所述第一电容C1一端相连，所述第一电容C1另一端、所述第二电感L2一端、所述第二电容C2一端和所述第一二极管D1阳极相连，所述第一二极管D1阴极、所述负载RL一端和所述第四电容C4一端相连，所述第二电容C2另一端、所述第二二极管D2阳极和所述第三二极管D3阴极相连；所述负载RL另一端、所述第三二极管D3阳极和所述第三电容C3一端相连，所述输入电源Vin负极、所述第一开关管S1源极、所述第二电感L2另一端、所述第二二极管D2阴极、所述第三电容C3另一端和所述第四电容C4另一端相连。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述高增益升压变换器的增益表达式如下：
其中，M为所述高增益升压变换器的电压增益，Vout为所述负载RL两端的电压，Vin为所述输入源的电压，D为所述第一开关管的占空比。
可选地，在本发明的一个实施例中，所述第一种组合方式的变换器在在电感电流连续模式下，有两种工作模态，其中，
第一种工作模态包括：所述第一开关管S1开通，所述第一二极管D1、所述第二二极管D2关断，所述第三二极管D3开通；所述输入电源Vin向所述第一电感L1充电，所述第一电感L1电流iL1正向增加；所述第一电容C1向所述第二电感L2充电；所述第一电容C1电压vC1下降，所述第二电感L2电流iL2正向增加；所述第二电容C2向所述第三电容C3充电，所述第二电容C2电压vC2正向下降，所述第三电容C3电压vC3正向下降；所述第三电容C3和所述第四电容C4串联向所述负载RL供电，所述第四电容C4电压vC4正向下降；
第二种工作模态包括：所述第一开关管S1关断，所述第一二极管D1、所述第二二极管D2开通，所述第三二极管D3关断；所述输入电源Vin、所述第一电感L1向所述第一电容C1、所述第四电容C4充电，所述第一电容C1电压vC1正向上升，所述第一电感L1电流iL1正向下降；所述第二电感L2向所述第四电容C4充电，所述第二电感L2电流iL2正向下降，所述第四电容C4电压vC4正向上升；所述输入电源Vin、所述第一电感L1向所述第二电容C2充电，所述第二电容C2的电压vC2正向上升；所述第三电容C3和所述第四电容C4串联向所述负载RL供电，所述第三电容C3电压vC3正向上升。
可选地，在本发明的一个实施例中，所述第二种组合方式的变换器在在电感电流连续模式下，有两种工作模态，其中，
第一种工作模态包括：所述第一开关管S1开通，所述第一二极管D1、所述第二二极管D2关断，所述第三二极管D3开通；所述输入电源Vin向所述第一电感L1充电，所述第一电感L1电流iL1正向增加；所述第一电容C1向所述第二电感L2充电，所述第一电容C1电压vC1正向下降，所述第二电感L2电流iL2正向上升；所述第一电容C1、所述第二电容C2串联向所述第三电容C3充电，所述第二电容C2电压vC2正向下降，所述第三电容C3电压vC3正向下降；所述第三电容C3和所述第四电容C4串联向所述负载RL供电，所述第四电容C4电压vC4正向下降；
第二种工作模态包括：所述第一开关管S1关断，所述第一二极管D1、所述第二二极管D2开通，所述第三二极管D3关断；所述输入电源Vin、所述第一电感L1向所述第一电容C1、所述第二电容C2、所述第四电容C4充电，所述第一电感L1电流正iL1向下降，所述第一电容C1电压vC1正向上升，所述第二电容C2电压vC2正向上升，所述第四电容C4电压正向vC4上升；所述第二电感L2向所述第二电容C2、所述第四电容C4充电，所述第二电感L2电流iL2正向下降；所述第三电容C3、所述第四电容C4串联向所述负载RL供电，所述第三电容C3电压vC3正向上升。
可选地，在本发明的一个实施例中，所述高增益升压变换器输入侧所述输入电源Vin和所述第一电感L1相连，使所述输入侧的输入电流纹波减小。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明一个实施例的一种基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器的电路结构示意图；
图2为根据本发明一个实施例的第一种基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器的电路结构示意图；
图3为根据本发明一个实施例的第一种基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器的第一种工作模态示意图；
图4为根据本发明一个实施例的第一种基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器的第二种工作模态示意图；
图5为根据本发明一个实施例的第二种基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器的电路结构示意图；
图6为根据本发明一个实施例的第二种基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器的第一种工作模态示意图；
图7为根据本发明一个实施例的第二种基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器的第二种工作模态示意图；
图8为根据本发明一个实施例的基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器和传统Sepic变换器的电压增益对比示意图；
图9为根据本发明一个实施例的第一种基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器的理论分析参考方向示意图；
图10为根据本发明一个实施例的第一种基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器的理论分析工作原理波形图示意图；
图11为根据本发明一个实施例的第二种基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器的理论分析参考方向示意图；
图12为根据本发明一个实施例的第二种基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器的理论分析工作原理波形图示意图；
图13为根据本发明一个实施例的第一种基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器的理论波形仿真示意图；
图14为根据本发明一个实施例的第二种基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器的理论波形仿真示意图；
图15为根据本发明一个实施例的第一种基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器的电压应力仿真结果示意图；
图16为根据本发明一个实施例的第二种基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器的电压应力仿真结果示意图；
图17为根据本发明一个实施例的第一种基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器的输入电流纹波仿真结果示意图；
图18为根据本发明一个实施例的第二种基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器的输入电流纹波仿真结果示意图；
图19为根据本发明一个实施例的第一种基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器的输出电压箝位功能仿真结果示意图；
图20为根据本发明一个实施例的第二种基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器的输出电压箝位功能仿真结果示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器。
本发明实施例的基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器由传统Sepic型变换器和箝位升压单元构成，其中，箝位升压单元包括：第二二极管D2，第三二极管D3，第二电容C2和第三电容C3。
首先，如图1所示，传统Sepic型变换器和箝位升压单元的连接方式为：输入电源Vin一端与第一电感L1一端相连；第一电感L1的另一端、第一开关管S1、第一电容C1一端连接于第一节点；第一电容C1的另一端、第二电感L2、第一二极管D1一端连接于第二节点；第二电容C2一端连接于第一节点或第二节点；第二电容C2的另一端、第二二极管D2、第三二极管D3一端相连；第一二极管D1的另一端、负载RL和第四电容C4一端相连；第三二极管D3、负载RL另一端和第三电容C3一端相连；输入电源Vin的另一端、第一开关管S1的另一端、第二电感L2的另一端、第二二极管D2的另一端、第三电容C3的另一端和第四电容C4的另一端相连。
需要说明的是，在本发明的一个实施例中，传统Sepic变换器和箝位升压单元之间有两种连接方式，共可产生两种基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器。
其中，如图2所示，传统Sepic变换器与箝位升压单元的第一种组合为：Sepic变换器和箝位升压单元通过第一节点、第三节点和第四节点相连，生成第一种基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器。
第一种组合的具体连接方式为：输入电源Vin正极和第一电感L1一端相连，第一电感L1另一端、第一开关管S1漏极、第一电容C1一端和第二电容C2一端相连，第一电容C1另一端、第二电感L2一端和第一二极管D1阳极相连，第一二极管D1阴极、负载RL一端和第四电容C4一端相连，第二电容C2另一端、第二二极管D2阳极、第三二极管D3阴极相连，负载RL另一端、第三二极管D3阳极和第三电容C3一端相连，输入电源Vin的负极、第一开关管S1的源极、第二电感L2另一端、第二二极管D2阴极、第三电容C3另一端和第四电容C4另一端相连。
进一步地，在本发明的一个实施例中，第一种组合方式的变换器在在电感电流连续模式下，有两种工作模态，其中，
如图3所示，第一种工作模态包括：第一开关管S1开通，第一二极管D1、第二二极管D2关断，第三二极管D3开通；输入电源Vin向第一电感L1充电，第一电感L1电流iL1正向增加；第一电容C1向第二电感L2充电；第一电容C1电压vC1下降，第二电感L2电流iL2正向增加；第二电容C2向第三电容C3充电，第二电容C2电压vC2正向下降，第三电容C3电压vC3正向下降；第三电容C3和第四电容C4串联向负载RL供电，第四电容C4电压vC4正向下降；
其中，t0、t1为第一工作模态的起始和结束时间。
如图4所示，第二种工作模态包括：第一开关管S1关断，第一二极管D1、第二二极管D2开通，第三二极管D3关断；输入电源Vin、第一电感L1向第一电容C1、第四电容C4充电，第一电容C1电压vC1正向上升，第一电感L1电流iL1正向下降；第二电感L2向第四电容C4充电，第二电感L2电流iL2正向下降，第四电容C4电压vC4正向上升；输入电源Vin、第一电感L1向第二电容C2充电，第二电容C2的电压vC2正向上升；第三电容C3和第四电容C4串联向负载RL供电，第三电容C3电压vC3正向上升。
式中t1、t2为第二工作模态的起始和结束时间。
其中，如图5所示，传统Sepic变换器与箝位升压单元的第二种组合为：Sepic变换器和箝位升压单元通过第二节点、第三节点和第四节点相连，生成第二种基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器。
第二种组合的具体连接方式为：输入电源Vin的阳极和第一电感L1一端相连，第一电感L1另一端、第一开关管S1漏极和第一电容C1一端相连，第一电容C1另一端、第二电感L2一端、第二电容C2一端和第一二极管D1阳极相连，第一二极管D1阴极、负载RL一端和第四电容C4一端相连，第二电容C2另一端、第二二极管D2阳极和第三二极管D3阴极相连；负载RL另一端、第三二极管D3阳极和第三电容C3一端相连，输入电源Vin负极、第一开关管S1源极、第二电感L2另一端、第二二极管D2阴极、第三电容C3另一端和第四电容C4另一端相连。
进一步地，在本发明的一个实施例中，第二种组合方式的变换器在在电感电流连续模式下，有两种工作模态，其中，
如图6所示，第一种工作模态包括：第一开关管S1开通，第一二极管D1、第二二极管D2关断，第三二极管D3开通；输入电源Vin向第一电感L1充电，第一电感L1电流iL1正向增加；第一电容C1向第二电感L2充电，第一电容C1电压vC1正向下降，第二电感L2电流iL2正向上升；第一电容C1、第二电容C2串联向第三电容C3充电，第二电容C2电压vC2正向下降，第三电容C3电压vC3正向下降；第三电容C3和第四电容C4串联向负载RL供电，第四电容C4电压vC4正向下降；
其中，t0、t1为第一工作模态的起始和结束时间。
如图7所示，第二种工作模态包括：第一开关管S1关断，第一二极管D1、第二二极管D2开通，第三二极管D3关断；输入电源Vin、第一电感L1向第一电容C1、第二电容C2、第四电容C4充电，第一电感L1电流正iL1向下降，第一电容C1电压vC1正向上升，第二电容C2电压vC2正向上升，第四电容C4电压正向vC4上升；第二电感L2向第二电容C2、第四电容C4充电，第二电感L2电流iL2正向下降；第三电容C3、第四电容C4串联向负载RL供电，第三电容C3电压vC3正向上升。
其中，t1、t2为第二工作模态的起始和结束时间。
进一步地，第一种组合方式的基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器和第二种组合方式的基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器具有相同的电压增益，其中，高增益升压变换器的增益表达式如下：
其中，M为高增益升压变换器的电压增益，Vout为负载RL两端的电压，Vin为输入源的电压，D为第一开关管的占空比。
如图8所示，本发明实施例的基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器的电压增益和传统Sepic变换器电压增益的对比，可以发现新型高增益变换器的电压增益比传统Sepic变换器的电压增益高，因此本发明实施例能有效地将低直流电压提升到一个较高的电压等级。
需要说明的是，高增益升压变换器输入侧输入电源Vin和第一电感L1相连，使输入侧的输入电流纹波减小。
下面结合一个具体实施例对本发明实施例中的第一种组合方式的基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器和第二种组合方式的基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器进行仿真验证。
首先，为了验证图9-12基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器的理论分析，根据表1中的基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器仿真参数搭建了仿真平台。其中，第一种基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器和第二种基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器都是由箝位升压单元、传统Sepic变换器构成，仅仅为两者连接方式不同，因此具有相同的仿真参数，具体仿真参数如表1所示。
表1
首先，通过将图13、图14分别与图10、图12对比，可以发现这两种变换器的理论分析波形和仿真结果相同，说明理论分析的正确性，并验证本实施例中的两种变换器能够正常工作。
其次，通过理论分析，可以得到本发明实施例的基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器的输出电压230V，如公式5所示。同理在相同的工作条件下，传统的Sepic的输出电压为100V，如公式6所示。从而可以验证本发明实施例的高增益变换器与传统的Sepic变换器在相同的工作条件下，本发明实施例的高增益变换器具有更高的输出电电压。
如图15-16所示，通过仿真结果可以得到本发明实施例中两种高增益变换器中半导体器件的电压应力相同，都为130V。而传统的Sepic变换器在相同的电压等级下的电压应力为130V。因此本发明实施例的高增益变换器具有低电压应力的特点。
如图17-18所示，由于本发明实施例的基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器输入侧与第一电感串联，因此输入侧的电流纹波较小。
如图19-20所示，仿真结果说明本发明实施例的基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器的输出电压是由传统Sepic变换器的输出电容C4和箝位升压单元的输出电容C3串联得到。
另外，通过对比图15、图17、图19与图16、图18、图20可以发现，本发明实施例中的两种变换器虽然具有两种不同的连接方式，但是其能够实现相同的功能，并且电压应力、输出电压以及工作波形都相似。因此，本发明实施例可以为新能源发电提供了两种基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器。
综上，本发明实施例的基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器具有两种连接方式，可以得到两种基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器，而这两种基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器虽然工作过程不同，但是其电压应力、电流应力以及电压增益相同，能够实现相同的功能。
其次，这两种高增益变换器与传统的Sepic变换器相比，在相同的条件下，本发明实施例的两种高增益变换器的输出电压大于传统的Sepic变换器的输出电压，而本发明实施例的两种高增益变换器的电压应力与传统的Sepic变换器的相同。
除此之外，本发明实施例的两种高增益变换器输入侧由于与电感相连接，因此输入侧具有低输入电流纹波的特点。因此，本发明变换器具有高电压增益、低器件应力、低输入纹波的特点，适合于燃料电池发电、光伏电池发电等新能源发电领域。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器，其特征在于，包括：输入电源Vin一端与第一电感L1一端相连；所述第一电感L1的另一端、第一开关管S1、第一电容C1一端连接于第一节点；所述第一电容C1的另一端、第二电感L2、第一二极管D1一端连接于第二节点；第二电容C2一端连接于所述第一节点或所述第二节点；所述第二电容C2的另一端、第二二极管D2、第三二极管D3一端相连；所述第一二极管D1的另一端、负载RL和第四电容C4一端相连；所述第三二极管D3、所述负载RL另一端和第三电容C3一端相连；所述输入电源Vin的另一端、所述第一开关管S1的另一端、所述第二电感L2的另一端、所述第二二极管D2的另一端、所述第三电容C3的另一端和所述第四电容C4的另一端相连。
2.根据权利要求1所述的基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器，其特征在于，高增益直流变换器由Sepic型变换器和箝位升压单元构成，其中，箝位升压单元包括：所述第二二极管D2，所述第三二极管D3，所述第二电容C2和所述第三电容C3。
3.根据权利要求1所述的基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器，其特征在于，所述Sepic变换器与所述箝位升压单元的第一种组合为：所述Sepic变换器和所述箝位升压单元通过所述第一节点、所述第三节点和所述第四节点相连，生成第一种基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器。
4.根据权利要求3所述的基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器，其特征在于，所述第一种组合方式连接方式为：所述输入电源Vin正极和所述第一电感L1一端相连，所述第一电感L1另一端、所述第一开关管S1漏极、所述第一电容C1一端和所述第二电容C2一端相连，所述第一电容C1另一端、所述第二电感L2一端和所述第一二极管D1阳极相连，所述第一二极管D1阴极、所述负载RL一端和所述第四电容C4一端相连，所述第二电容C2另一端、所述第二二极管D2阳极、所述第三二极管D3阴极相连，所述负载RL另一端、所述第三二极管D3阳极和所述第三电容C3一端相连，所述输入电源Vin的负极、所述第一开关管S1的源极、所述第二电感L2另一端、所述第二二极管D2阴极、所述第三电容C3另一端和所述第四电容C4另一端相连。
5.根据权利要求1所述的基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器，其特征在于，所述Sepic变换器与所述箝位升压单元的第二种组合为：所述Sepic变换器和所述箝位升压单元通过所述第二节点、所述第三节点和所述第四节点相连，生成第二种基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器。
6.根据权利要求5所述的基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器，其特征在于，所述第二种组合方式连接方式为：所述输入电源Vin的阳极和所述第一电感L1一端相连，所述第一电感L1另一端、所述第一开关管S1漏极和所述第一电容C1一端相连，所述第一电容C1另一端、所述第二电感L2一端、所述第二电容C2一端和所述第一二极管D1阳极相连，所述第一二极管D1阴极、所述负载RL一端和所述第四电容C4一端相连，所述第二电容C2另一端、所述第二二极管D2阳极和所述第三二极管D3阴极相连；所述负载RL另一端、所述第三二极管D3阳极和所述第三电容C3一端相连，所述输入电源Vin负极、所述第一开关管S1源极、所述第二电感L2另一端、所述第二二极管D2阴极、所述第三电容C3另一端和所述第四电容C4另一端相连。
7.根据权利要求1所述的基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器，其特征在于，所述高增益升压变换器的增益表达式如下：
其中，M为所述高增益升压变换器的电压增益，Vout为所述负载RL两端的电压，Vin为所述输入源的电压，D为所述第一开关管的占空比。
8.根据权利要求4所述的基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器，其特征在于，所述第一种组合方式的变换器在在电感电流连续模式下，有两种工作模态，其中，
第一种工作模态包括：所述第一开关管S1开通，所述第一二极管D1、所述第二二极管D2关断，所述第三二极管D3开通；所述输入电源Vin向所述第一电感L1充电，所述第一电感L1电流iL1正向增加；所述第一电容C1向所述第二电感L2充电；所述第一电容C1电压vC1下降，所述第二电感L2电流iL2正向增加；所述第二电容C2向所述第三电容C3充电，所述第二电容C2电压vC2正向下降，所述第三电容C3电压vC3正向下降；所述第三电容C3和所述第四电容C4串联向所述负载RL供电，所述第四电容C4电压vC4正向下降；
第二种工作模态包括：所述第一开关管S1关断，所述第一二极管D1、所述第二二极管D2开通，所述第三二极管D3关断；所述输入电源Vin、所述第一电感L1向所述第一电容C1、所述第四电容C4充电，所述第一电容C1电压vC1正向上升，所述第一电感L1电流iL1正向下降；所述第二电感L2向所述第四电容C4充电，所述第二电感L2电流iL2正向下降，所述第四电容C4电压vC4正向上升；所述输入电源Vin、所述第一电感L1向所述第二电容C2充电，所述第二电容C2的电压vC2正向上升；所述第三电容C3和所述第四电容C4串联向所述负载RL供电，所述第三电容C3电压vC3正向上升。
9.根据权利要求5所述的基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器，其特征在于，所述第二种组合方式的变换器在在电感电流连续模式下，有两种工作模态，其中，
第一种工作模态包括：所述第一开关管S1开通，所述第一二极管D1、所述第二二极管D2关断，所述第三二极管D3开通；所述输入电源Vin向所述第一电感L1充电，所述第一电感L1电流iL1充电正向增加；所述第一电容C1向所述第二电感L2充电，所述第一电容C1电压vC1正向下降，所述第二电感L2电流iL2正向上升；所述第一电容C1、所述第二电容C2串联向所述第三电容C3充电，所述第二电容C2电压vC2正向下降，所述第三电容C3电压vC3正向下降；所述第三电容C3和所述第四电容C4串联向所述负载RL供电，所述第四电容C4电压vC4正向下降；
第二种工作模态包括：所述第一开关管S1关断，所述第一二极管D1、所述第二二极管D2开通，所述第三二极管D3关断；所述输入电源Vin、所述第一电感L1向所述第一电容C1、所述第二电容C2、所述第四电容C4充电，所述第一电感L1电流正iL1向下降，所述第一电容C1电压vC1正向上升，所述第二电容C2电压vC2正向上升，所述第四电容C4电压正向vC4上升；所述第二电感L2向所述第二电容C2、所述第四电容C4充电，所述第二电感L2电流iL2正向下降；所述第三电容C3、所述第四电容C4串联向所述负载RL供电，所述第三电容C3电压vC3正向上升。
10.根据权利要求1所述的基于箝位升压单元的Sepic型高增益直流变换器，其特征在于，所述高增益升压变换器输入侧所述输入电源Vin和所述第一电感L1相连，使所述输入侧的输入电流纹波减小。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111725993A (zh) * 2020-06-17 2020-09-29 辽宁工程技术大学 一种高效Sepic软开关变换器及其控制方法
WO2022164125A1 (ko) * 2021-01-29 2022-08-04 삼성전자 주식회사 전력 변환을 위한 전자 장치 및 전력 변환 방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103762841A (zh) * 2014-01-28 2014-04-30 华南理工大学 一种嵌入式单开关Buck-Boost变换器
CN106026643A (zh) * 2016-07-15 2016-10-12 安徽工业大学 一种混合开关电容与耦合电感的高电压增益dc-dc变换器
CN107395011A (zh) * 2017-07-27 2017-11-24 北京交通大学 单电感单开关高增益电容钳位式直流升压变换器
US9929654B2 (en) * 2015-08-17 2018-03-27 The Curators Of The University Of Missouri High voltage gain DC/DC power electronic converters
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

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103762841A (zh) * 2014-01-28 2014-04-30 华南理工大学 一种嵌入式单开关Buck-Boost变换器
US9929654B2 (en) * 2015-08-17 2018-03-27 The Curators Of The University Of Missouri High voltage gain DC/DC power electronic converters
CN106026643A (zh) * 2016-07-15 2016-10-12 安徽工业大学 一种混合开关电容与耦合电感的高电压增益dc-dc变换器
CN107395011A (zh) * 2017-07-27 2017-11-24 北京交通大学 单电感单开关高增益电容钳位式直流升压变换器
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

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
金海明、郑安平等: "《电力电子技术》", 31 March 2006 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111725993A (zh) * 2020-06-17 2020-09-29 辽宁工程技术大学 一种高效Sepic软开关变换器及其控制方法
CN111725993B (zh) * 2020-06-17 2021-10-26 辽宁工程技术大学 一种高效Sepic软开关变换器及其控制方法
WO2022164125A1 (ko) * 2021-01-29 2022-08-04 삼성전자 주식회사 전력 변환을 위한 전자 장치 및 전력 변환 방법

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