CN117614267B - 一种γ源耦合电感双开关直流升压网络变换器及其控制方法 - Google Patents
一种γ源耦合电感双开关直流升压网络变换器及其控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提出一种Γ源耦合电感双开关直流升压网络变换器及其控制方法，属于电力电子变换器的技术领域。所述Γ源耦合电感双开关直流升压网络变换器包括直流电压源、Γ源耦合电感倍压单元、直流变换器输出单元。Γ源耦合电感倍压单元由一个二极管、一个电容和一个反接式耦合电感单元组成。直流变换器输出单元由一个输出二极管、一个输出电容和负载组成。所述Γ源耦合电感双开关直流升压网络变换器大大提升了电压增益。
Description
技术领域
本发明属于电力电子变换器技术领域，尤其涉及一种Γ源耦合电感双开关直流升压网络变换器及其控制方法。
背景技术
升压变换器广泛应用于分布式电源系统的前级变换器，实现升压功能。传统的升压变换器电路拓扑为Boost电路，理论上Boost电路的电压增益随着占空比的增加而增加，然而考虑到实际电路中的寄生等效串联阻抗，Boost电路的实际增益并不总是随着占空比的增加而变大，因此其升压能力十分有限，并不适用于高电压增益直流功率变换场合。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提出了一种Γ源耦合电感双开关直流升压网络变换器及其控制方法。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明提出一种Γ源耦合电感双开关直流升压网络变换器，所述变换器包括：直流电压源Vin、耦合电感绕组N1、二极管D1、二极管D2、二极管D3、电容C1、电容C2、耦合电感绕组N2、功率开关S1、功率开关S2、二极管Do、输出电容Co和负载R；
直流电压源Vin的正极与耦合电感绕组N1和N2的正极相连；耦合电感绕组N2的阴极与电容C1阴极相连；耦合电感绕组N1的阴极与二极管D1的正极以及功率开关S2的漏极相连；电容C1正极与二极管D1的阴极、二极管D3的正极以及输出二极管Do的正极相连；输出二极管Do的阴极与输出电容Co的正极和负载R的一端相连，输出电容Co的阴极、负载R的另一端、功率开关S2的源极、二极管D2的正极、电容C2的一端相连；电容C2的另一端与功率开关S1的漏极和二极管D3的阴极相连；直流电压源Vin的阴极、二极管D2的阴极以及功率开关S1的源极相连。
本发明提出一种所述的Γ源耦合电感双开关直流升压网络变换器的控制方法，所述Γ源耦合电感双开关直流升压网络变换器控制信号Vgs，其同时控制功率开关S1、S2的通断，耦合电感的绕组电流iN1、iN2，二极管D1的电压VD1，二极管D2的电压VD2，二极管D3的电压VD3，输出二极管Do的电压VDo，功率开关S1的电压VS1、功率开关S2的电压VS2，整个工作过程分为2个开关模态，分别为开关模态1和开关模态2，具体描述如下：
开关模态1，对应时间段[t1,t2]，在此阶段，功率开关S1和S2导通，直流电压源Vin和电容C2通过功率开关S1和S2给耦合电感绕组N1充电；由于磁感应原理，耦合电感绕组N1和N2通过二极管D1给电容C1充电；输出二极管Do、二极管D2、D3反偏截止，输出电容Co给负载R独立供电，开关模态1结束；
开关模态2，对应时间段[t3,t4]，功率开关S1和S2关断，二极管D1反偏截止，直流电压源Vin、电容C1和耦合电感绕组N2通过输出二极管Do给负载R和输出电容Co供电，同时直流电压源Vin、电容C1和耦合电感绕组N2通过输出二极管D2和D3给电容C2充电，当耦合电感绕组电流iN2降到最低时，开关模态2结束；
根据上述模态控制可得增益表达式为：
G＝N/(2-N-2D)
其中D为功率开关S1和S2导通占空比，其工作范围为(0,1)，耦合电感的匝数比为N＝N2:N1。
本发明具有的有益效果是：
本发明提出的一种Γ源耦合电感双开关直流升压网络变换器及其控制方法，降低了系统成本并降低了系统的损耗，在获得高电压增益时，实现了连续的输入电流和共地性能。
附图说明
图1为一种Γ源耦合电感双开关直流升压网络变换器结构图；
图2为Γ源耦合电感双开关直流升压网络变换器的主要波形图；
图3为变换器两个开关模态的等效电路图；其中，(a)为Γ源耦合电感双开关直流升压网络变换器开关模态1的等效电路图；(b)为Γ源耦合电感双开关直流升压网络变换器开关模态2的等效电路图；
图4为当输入电压Vin＝20V，输出电压Vo＝100V时的实验波形图。
图中标号说明：Vin为直流电压源，S1、S2为功率开关,D1为第一二极管，D2为第二二极管，D3为第三二极管，Do为输出二极管，Co为输出电容，R为负载，N1、N2为耦合电感的两个绕组，耦合电感的匝数比为N＝N2:N1。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提出一种Γ源耦合电感双开关直流升压网络变换器，所述变换器包括：直流电压源Vin、耦合电感绕组N1、二极管D1、二极管D2、二极管D3、电容C1、电容C2、耦合电感绕组N2、功率开关S1、功率开关S2、二极管Do、输出电容Co和负载R；
直流电压源Vin的正极与耦合电感绕组N1和N2的正极相连；耦合电感绕组N2的阴极与电容C1阴极相连；耦合电感绕组N1的阴极与二极管D1的正极以及功率开关S2的漏极相连；电容C1正极与二极管D1的阴极、二极管D3的正极以及输出二极管Do的正极相连；输出二极管Do的阴极与输出电容Co的正极和负载R的一端相连，输出电容Co的阴极、负载R的另一端、功率开关S2的源极、二极管D2的正极、电容C2的一端相连；电容C2的另一端与功率开关S1的漏极和二极管D3的阴极相连；直流电压源Vin的阴极、二极管D2的阴极以及功率开关S1的源极相连。
本发明提出一种所述的Γ源耦合电感双开关直流升压网络变换器的控制方法，所述Γ源耦合电感双开关直流升压网络变换器控制信号Vgs，其同时控制功率开关S1、S2的通断，耦合电感的绕组电流iN1、iN2，二极管D1的电压VD1，二极管D2的电压VD2，二极管D3的电压VD3，输出二极管Do的电压VDo，功率开关S1的电压VS1、功率开关S2的电压VS2，波形如图2所示，整个工作过程分为2个开关模态，分别为开关模态1和开关模态2，具体描述如下：
开关模态1，对应图2中的时间段[t1,t2]，等效电路如图3(a)所示，在此阶段，功率开关S1和S2导通，直流电压源Vin和电容C2通过功率开关S1和S2给耦合电感绕组N1充电；由于磁感应原理，耦合电感绕组N1和N2通过二极管D1给电容C1充电；输出二极管Do、二极管D2、D3反偏截止，输出电容Co给负载R独立供电，开关模态1结束；
开关模态2，对应图2中的时间段[t3,t4]，等效电路如图3(b)所示，功率开关S1和S2关断，二极管D1反偏截止，直流电压源Vin、电容C1和耦合电感绕组N2通过输出二极管Do给负载R和输出电容Co供电，同时直流电压源Vin、电容C1和耦合电感绕组N2通过输出二极管D2和D3给电容C2充电，当耦合电感绕组电流iN2降到最低时，开关模态2结束；
根据上述模态控制可得增益表达式为：
G＝N/(2-N-2D)
其中D为功率开关S1和S2导通占空比，其工作范围为(0,1)，耦合电感的匝数比为N＝N2:N1。
下面通过具体实验的数据说明采用本发明结构的有益效果：
如图4所示，输入电压Vin＝20V，输出电压Vo＝100V，n＝1.5，D＝0.1,负载R＝100Ω。图4(a)为输出电容电压约100V和输入电压20V。图4(b)为电容C1和C2的电压波形，分别为60V和100V。从图中可以看出，Γ源耦合电感双开关直流升压网络变换器具有较高的电压增益。
Claims (1)
1.一种Γ源耦合电感双开关直流升压网络变换器的控制方法，其特征在于：所述变换器包括：直流电压源Vin、耦合电感绕组N1、二极管D1、二极管D2、二极管D3、电容C1、电容C2、耦合电感绕组N2、功率开关S1、功率开关S2、二极管Do、输出电容Co和负载R；
直流电压源Vin的正极与耦合电感绕组N1和N2的正极相连；耦合电感绕组N2的阴极与电容C1阴极相连；耦合电感绕组N1的阴极与二极管D1的正极以及功率开关S2的漏极相连；电容C1正极与二极管D1的阴极、二极管D3的正极以及输出二极管Do的正极相连；输出二极管Do的阴极与输出电容Co的正极和负载R的一端相连，输出电容Co的阴极、负载R的另一端、功率开关S2的源极、二极管D2的正极、电容C2的一端相连；电容C2的另一端与功率开关S1的漏极和二极管D3的阴极相连；直流电压源Vin的阴极、二极管D2的阴极以及功率开关S1的源极相连；
所述Γ源耦合电感双开关直流升压网络变换器控制信号Vgs，其同时控制功率开关S1 、S2的通断，耦合电感的绕组电流iN1、 iN2，二极管D1的电压VD1，二极管D2的电压VD2，二极管D3的电压VD3，输出二极管Do的电压VDo，功率开关S1的电压VS1、功率开关S2的电压VS2，整个工作过程分为2个开关模态，分别为开关模态1和开关模态2，具体描述如下：
开关模态1，对应时间段[t1, t2]，在此阶段，功率开关S1 和S2导通，直流电压源Vin和电容C2通过功率开关S1和S2给耦合电感绕组N1充电；由于磁感应原理，耦合电感绕组N1和N2通过二极管D1给电容C1充电；输出二极管Do、二极管D2 、D3反偏截止，输出电容Co给负载R独立供电，开关模态1结束；
开关模态2，对应时间段[t3, t4]，功率开关S1 和S2关断，二极管D1反偏截止，直流电压源Vin、电容C1和耦合电感绕组N2通过输出二极管Do给负载R和输出电容Co供电，同时直流电压源Vin、电容C1和耦合电感绕组N2通过输出二极管D2和D3给电容C2充电，当耦合电感绕组电流iN2降到最低时，开关模态2结束；
根据上述模态控制可得增益表达式为：
其中D为功率开关S1和S2导通占空比，其工作范围为（0,1），耦合电感的匝数比为。
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Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103475211A (zh) * | 2013-09-29 | 2013-12-25 | 王琳 | 融合耦合电感与倍压电路的升压变换器 |
| CN104702116A (zh) * | 2015-04-01 | 2015-06-10 | 哈尔滨工业大学 | 有源耦合电感网络升压变换器 |
| CN107548455A (zh) * | 2015-04-30 | 2018-01-05 | 模拟技术公司 | 具有相对移动的单元之间的功率和信息转移 |
| CN209659178U (zh) * | 2019-04-12 | 2019-11-19 | 青岛理工大学 | 一种新型倍压-z源逆变器 |
| CN211183828U (zh) * | 2019-11-01 | 2020-08-04 | 青岛理工大学 | 一种改进型cmvr-ii可升压逆变器 |
| WO2022088744A1 (zh) * | 2020-10-28 | 2022-05-05 | 广州金升阳科技有限公司 | 一种llc谐振变换器及宽增益控制方法 |
| CN114531051A (zh) * | 2021-03-23 | 2022-05-24 | 张朝辉 | 无线充电功率变换器及其标准化解耦设计方法 |
| CN115714532A (zh) * | 2022-11-08 | 2023-02-24 | 东北电力大学 | 基于耦合电感倍压单元的双开关直流升压变换器及控制方法 |
| CN116780894A (zh) * | 2023-06-07 | 2023-09-19 | 青岛理工大学 | 一种新型半导体钳位超高升压dc-dc变换器 |
-
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Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103475211A (zh) * | 2013-09-29 | 2013-12-25 | 王琳 | 融合耦合电感与倍压电路的升压变换器 |
| CN104702116A (zh) * | 2015-04-01 | 2015-06-10 | 哈尔滨工业大学 | 有源耦合电感网络升压变换器 |
| CN107548455A (zh) * | 2015-04-30 | 2018-01-05 | 模拟技术公司 | 具有相对移动的单元之间的功率和信息转移 |
| CN209659178U (zh) * | 2019-04-12 | 2019-11-19 | 青岛理工大学 | 一种新型倍压-z源逆变器 |
| CN211183828U (zh) * | 2019-11-01 | 2020-08-04 | 青岛理工大学 | 一种改进型cmvr-ii可升压逆变器 |
| WO2022088744A1 (zh) * | 2020-10-28 | 2022-05-05 | 广州金升阳科技有限公司 | 一种llc谐振变换器及宽增益控制方法 |
| CN114531051A (zh) * | 2021-03-23 | 2022-05-24 | 张朝辉 | 无线充电功率变换器及其标准化解耦设计方法 |
| CN115714532A (zh) * | 2022-11-08 | 2023-02-24 | 东北电力大学 | 基于耦合电感倍压单元的双开关直流升压变换器及控制方法 |
| CN116780894A (zh) * | 2023-06-07 | 2023-09-19 | 青岛理工大学 | 一种新型半导体钳位超高升压dc-dc变换器 |
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