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CN109149933A - 一种带有耦合电感的高增益dc/dc变换器 - Google Patents

一种带有耦合电感的高增益dc/dc变换器 Download PDF

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CN109149933A
CN109149933A CN201811180587.3A CN201811180587A CN109149933A CN 109149933 A CN109149933 A CN 109149933A CN 201811180587 A CN201811180587 A CN 201811180587A CN 109149933 A CN109149933 A CN 109149933A
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CN
China
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inductance
converter
capacitor
diode
coupling
Prior art date
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Pending
Application number
CN201811180587.3A
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English (en)
Inventor
杨飏
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.)
Nanjing Institute of Railway Technology
Original Assignee
Nanjing Institute of Railway Technology
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Publication date
Application filed by Nanjing Institute of Railway Technology filed Critical Nanjing Institute of Railway Technology
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    • 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
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    • 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
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本发明提供一种非隔离高增益DC/DC升压变换器，这种变换器是基于二次型变换器，包括一个耦合电感、一个电感、一个单功率开关管、三个电容器、四个二极管组成，通过无源电压钳位电路回收耦合电感的漏电感存储的能量使功率开关的脉冲减小，从而降低损耗，提高效率。由于电感是与输入源串联使用的，所以该转换器的输入电流是连续的，因此可以实现低电流纹波，同时还需输入的电流可被用于可再生能源，如光伏电池板的最大功率点追踪。另一方面，高电压增益有利于该转换器增加电池板电压。

Description

一种带有耦合电感的高增益DC/DC变换器
技术领域
本发明涉及一种带有耦合电感的高增益DC/DC变换器，属于电学领域。
背景技术
近年来，环保意识的提升以及化石燃料储备的锐减使可再生能源成为新宠。燃料电池(F.C.)，光伏(PV)和风能都属上述提到的可再生能源，但是它们的输出电压很低。为了获得较高的电压，光伏电池板模块可以采用串联的方式，但这种方法也存在一些缺点，比如在部分遮阳的条件下时。因此，为了使其极低的输入电压增加至适当的高电压，选择合适的高增益DC-DC变换器非常重要。很多高增益拓扑结构被提出，如：二次Boost-Zeta变换器、级联高阶变换器、多电平升压变换器、无变压器升压变换器、反激式变换器等。然而，这些变换器存在效率低、元件多、成本高等缺点。采用耦合电感是提高输出电压的技术之一，然而这种变换器存在一些缺点，比如由于耦合电感的漏感而产生的主开关上的电压尖峰，这时存储在耦合电感器中的能量对开关的寄生电容进行充电，因此电压钳位电路可以被用来解决这个问题，并且可以回收存储在泄漏感应器中的能量。
发明内容
技术问题：为了解决现有技术的缺陷，本发明提供了一种带有耦合电感的高增益DC/DC变换器。
技术方案：本发明提供一种带有耦合电感的高增益DC/DC变换器，其特征在于：包括开关管S、电容器C1、电容器C2、电容器C3、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、励磁电感L1、漏电感Lk、耦合电感T1；所述的耦合电感T1由绕组N1和绕组N2耦合组成；所述的变换器中励磁电感L1一端与输入电源的正极相连，另一端与D1、D2的阳极相连；D1的阴极与漏电感和电容C1的一端相连，漏电感Lk的另一端与与绕组N1相连，绕组的另一端与二极管D3的阳极以及开关管S相连，D3的阴极与电容C2及绕组N2的一端相连,N2的另一端与D4的阳极相连，D4的阴极与电容的一端及负载相连，电容C1、开关管S、电容C2、电容C3的另一端共同与输入电源的负极和负载的另一端相连。为了简化所提出的转换器的电路分析，考虑以下假设。
1)除了耦合电感T1的漏感外，所有元件都是理想的。
2)电容器C1～C3的电容大到足以使它们之间的电压在每个开关周期中被假定为常数。
3)耦合电感T_1的匝数比N等N_2/N_1。
有益效果：本发明提供的一种双绕组耦合电感的非隔离高增益DC-DC变换器。这种结构是基于二次型Boost变换器。由于电感器直接连接到输入电压源，使该转换器的输入电流是连续的，并有利于可再生能源设备。采用该转换器中的箝位电路来回收漏电感器中的存储能量，因此降低了主开关上的电压应力，提高了转换器的效率。
附图说明
图1为变换器的电路拓扑图
具体实施方式
下面对本发明一种带有耦合电感的高增益DC/DC变换器电路作出进一步说明。带有耦合电感的高增益DC/DC变换器电路，其特征在于：包括包括开关管S、电容器C1、电容器C2、电容器C3、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、励磁电感L1、漏电感Lk、耦合电感T1；
所述的耦合电感T1由绕组N1和绕组N2耦合组成；所述的变换器中励磁电感L1一端与输入电源的正极相连，另一端与D1、D2的阳极相连；D1的阴极与漏电感和电容C1的一端相连，漏电感Lk的另一端与与绕组N1相连，绕组的另一端与二极管D3的阳极以及开关管S相连，D3的阴极与电容C2及绕组N2的一端相连,N2的另一端与D4的阳极相连，D4的阴极与电容的一端及负载相连，电容C1、开关管S、电容C2、电容C3的另一端共同与输入电源的负极和负载的另一端相连。
同时在使用时对该电路做如下假设：
1)除了耦合电感T1的漏感外，所有元件都是理想的。
2)电容器C1～C3的电容大到足以使它们之间的电压在每个开关周期中被假定为常数。
3)耦合电感T1的匝数比N等N2/N1。
在CCM条件下所提出的变换器的稳态分析描述如下。
模式1：在该模式中，开关S闭合，二极管D2和D4导通。励磁电感Lm的电流减小，漏电感Lk的电流线性增加。电容器C1和C2被放电，输出电容器C3放电到负载。当电感电流ILk和ILm变得相等时，该模式结束。
模式2：在此时间间隔内，开关S仍闭合，二极管D2仍导通，二极管D3和D4截止。电容器C1放电至漏电感LK和励磁电感Lm。输入电感由输入电源充电，同时电容器C3放电到负载。当开闭合开时，此模式结束。
模式3：在此时间间隔内，开关S关断，二极管D1、D3和D4导通。电容器C1由输入电源充电，漏电感放电经过二极管D3到电容器C2。Lm的能量通过T的二次侧和D4传递到C3，当漏感电流变为零时，该模式结束。
模式4：在此时间间隔中，开关S关断，二极管D1和D4导通，二极管D2和D3截止。电容器C1由输入源充电，漏感电流为零。此时电容器C2放电，励磁电感的能量被传递到负载。当开关S在下一个开关周期开始时断开时，此模式结束。
为了简化CCM工作的稳态分析，仅考虑模式2和模式3，并且忽略了一次侧的漏感。

Claims (3)

1.一种带有耦合电感的高增益DC/DC变换器，其特征在于：包括开关管S、电容器C1、电容器C2、电容器C3、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、励磁电感L1、漏电感Lk、耦合电感T1；所述的耦合电感T1由绕组N1和绕组N2耦合组成；所述的变换器中励磁电感L1一端与输入电源的正极相连，另一端与D1、D2的阳极相连；D1的阴极与漏电感和电容C1的一端相连，漏电感Lk的另一端与与绕组N1相连，绕组的另一端与二极管D3的阳极以及开关管S相连，D3的阴极与电容C2及绕组N2的一端相连,N2的另一端与D4的阳极相连，D4的阴极与电容的一端及负载相连，电容C1、开关管S、电容C2、电容C3的另一端共同与输入电源的负极和负载的另一端相连。
2.如权利要求1所述的变换器，其特征在于除了耦合电感T1的漏感外，所有元件都是理想的。
3.如权利要求2所述的变换器，其特征在于电容器C1、C2、C3的电容大到足以使他们之间的电压的每个开关周期内假定为常数。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111245223A (zh) * 2020-01-15 2020-06-05 广东工业大学 一种低电压应力升压变换器和扩展低电压应力升压变换器
CN111510009A (zh) * 2020-05-20 2020-08-07 上海海事大学 一种无漏电流光伏逆变器及其控制方法

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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190104

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