專利名稱：高升壓比倍壓結構無源無損箝位變換器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種直流一直流變換器及應用，具體說是高升壓比倍壓結構無源無損箝位變換器。
背景技術：
在太陽能發電系統中，由于單塊太陽能電池的輸出電壓較低，而逆變并網發電所需的電壓較高，因此需要一級直流一直流變換器把低電壓直流電轉換為適合并網的高電壓直流電。在分布式太陽能發電方案中，單塊太陽能電池的功率容量較小，但對效率的要求較高。因此如何實現高增益、高效率且結構簡單的單相單級變換器，對于推動光伏產業的發展具有重要意義。常規的單相單管升壓型(Boost)直流一直流變換器的電壓增益僅有占空比決定，電壓增益有限，難以滿足高增益的變換要求。功率開關管的電壓應力較大，難以采用低壓高性能的開關管來降低導通損耗。而且，變換器工作在硬開關狀態，開關損耗較大。為了實現Boost變換器的軟開關動作，近年來，相繼研究了一些通過附加有源功率開關或無源器件的軟開關方案，這些電路雖然實現了軟開關動作，但是不能降低開關管的電壓應力，也不能實現系統的高增益變換。為了提升變換器的電壓增益，一種方案是采用開關電容的方案，但這種方案所需開關管數量較多，增加了系統成本；另外的方案是采用復雜的三繞組耦合電感方案，這種方案的缺點是耦合電感結構復雜，不利于工業加工，難以保證電路的一致性。

發明內容
本發明克服常規的單相單管升壓型直流一直流變換器電壓增益小，導通功耗和開關功耗大的的缺點，提供一種結構簡單，控制方便且無能量損耗的高升壓比倍壓結構無源無損箝位變換器。本發明所述的高升壓比倍壓結構無源無損箝位變換器，耦合電感第一繞組的第一端與電源的正極相連，第一繞組的第二端與功率開關管的漏極及箝位二極管的陽極相連，箝位二極管的陰極與箝位電容的第一端及續流二極管的陽極相連，功率開關管的源極和電源的負極及箝位電容的第二端相連；耦合電感第二繞組的一端與電源的負極相連，耦合電感第二繞組第二端與倍壓電容的第一端相連，倍壓電容的第二端與續流二極管的陰極相連，耦合電感第二繞組和耦合電感第一繞組同為一個耦合電感中的兩個繞組，以第一繞組的第一端和第二繞組的第一端為奉禹合電感的冋名端；輸出二極管的陽極與續流二極管的陰極相連，輸出二極管的陰極與輸出電容的第一端相連，輸出電容的第二端與箝位電容的第一端相連。所述的變換器，其箝位二極管、續流二極管和輸出二極管中的一個或多個改成同步整流管，均能正常工作。本發明變換器工作時，利用耦合電感的變壓器效應拓展了變換器電壓增益，降低了功率開關管和箝位二極管的電壓應力，降低了功率器件的導通損耗。倍壓電路單元的引入進一步提高了電路的電壓增益和降低了器件的電壓應力；利用耦合電感的漏感實現了功率開關管的零電流開通；同時利用耦合電感的漏感還實現了續流二極管和輸出二極管的軟關斷；利用箝位二極管和箝位電容吸收漏感的能量，使功率開關管關斷時無電壓尖峰，并且吸收的漏感能量最終傳遞到負載，實現無損吸收；其電路結構簡單，控制方便，適用于小功率，高增益和高效率的分布式光伏并網發電場合。本發明的優點是無需額外的功率開關和電感元件，附件元件少，結構簡單，控制方便，電路中無能量損耗元件，可提高電路的效率，且換流過程中，功率開關管關斷時無電壓過沖，續流二極管開通時無電流過沖；耦合電感在對應的開關管開通和關斷時都傳遞能量，提高了耦合電感的利用率，降低了耦合電感的體積。


圖1是本發明的電路具體實施例方式參見圖1，本發明的高升壓比倍壓結構無源無損箝位變換器，其中耦合電感第一繞組L1的第一端與電源Vin的正極相連，第一繞組L1的第二端與功率開關管S的漏極及箝位二極管Dc的陽極相連，箝位二極管Dc的陰極與箝位電容Ce的第一端及續流二極管Dr的陽極相連，功率開關管S的源極和電源Vin的負極及箝位電容Ce的第二端相連；耦合電感第二繞組L2的一端與電源Vin的負極相連，耦合電感第二繞組L2第二端與倍壓電容Cm的第一端相連，倍壓電容Cm的第二端與續流二極管Dr的陰極相連，耦合電感第二繞組L2和耦合電感第一繞組L1同為一個耦合電感中的兩個繞組，圖中由標記了第一繞組L1和第二繞組L2的同名端；輸出二極管Do的陽極與續流二極管Dr的陰極相連，輸出二極管Do的陰極與輸出電容Co的第一端相連,輸出電容Co的第二端與箝位電容Ce的第一端相連。輸出電容Co的電壓為Vout,能量最終傳遞給負載Ro。高升壓比倍壓結構無源無損箝位變換器在一個開關周期內有五種工作過程，即功率開關管S關斷與箝位二極管Dc開通之間的換流；續流二極管Dr關斷和輸出二極管Do導通之間的換流；箝位二極管Dc關斷過程；輸出二極管Do關斷與功率開關管S開通之間的換流過程，續流二極管Dr導通過程。功率開關管S關斷與箝位二極管Dc開通之間的換流換流前，電路處于功率開關管S和續流二極管Dr導通，箝位二極管Dc和輸出二極管Do關斷的穩定工作狀態。當功率開關管S關斷時，功率開關管S上電壓迅速上升，箝位二極管Dc兩端的電壓迅速下降至零，箝位二極管Dc開通，由于箝位電容Ce的作用，功率開關管S兩端的電壓被箝位為一定電壓值，實現了功率開關管S的軟箝位關斷。續流二極管Dr關斷和輸出二極管Do導通之間的換流 箝位二極管Dc開通后，箝位電容Ce上的電壓從一定值以一定斜率線性上升，耦合電感的漏感能量轉移到箝位電容Ce上，續流二極管Dr的電流以一定斜率線性下降到零，續流二極管Dr關斷。而輸出二極管Do兩端的電壓線性下降到零，輸出二極管Do開通，能量開始轉移到輸出端。電路進入到功率開關管S和續流二極管Dr關斷，箝位二極管Dc和輸出二極管Do導通的穩定工作狀態。箝位二極管Dc關斷過程輸出二極管Do導通后，箝位二極管Dc上的電流以一定的斜率線性下降，當箝位二極管Dc上的電流下降到零時，箝位二極管Dc自然關斷，能量從倍壓電容Cm中通過耦合電感第二繞組轉移到負載Ro。電路進入第一開關管S，箝位二極管Dc和續流二極管Dr關斷，輸出二極管Do導通的穩定工作狀態。輸出二極管Do關斷與功率開關管S開通之間的換流過程功率開關管S的門極信號給出，功率開關管S的電流從零以一定斜率線性上升，實現了功率開關管S的零電流開通，輸出二極管Do的電流以一定的斜率線性下降，當輸出二極管Do的電流下降到零時，輸出二極管Do關斷，實現了輸出二極管Do關斷與功率開關管S開通之間的換流，減小了輸出二極管Do的反向恢復損耗。續流二極管Dr導通過程功率開關管S開通和輸出二極管Do關斷后，耦合電感工作在正激變壓器狀態，續流二極管Dr兩端的電壓線性下降到零，續流二極管Dr開通，能量開始轉移到倍壓電容Cm。電路進入功率開關管S和續流二極管Dr導通，箝位二極管Dc和輸出二極管Do關斷的穩定工作狀態。
權利要求
1.一種高升壓比倍壓結構無源無損箝位變換器，其特征在于耦合電感第一繞組(L1)的第一端與電源(Vin)的正極相連，第一繞組(L1)的第二端與功率開關管(S)的漏極及箝位二極管(Dc)的陽極相連，箝位二極管(Dc)的陰極與箝位電容 (Ce)的第一端及續流二極管(Dr)的陽極相連，功率開關管(S)的源極和電源(Vin)的負極及箝位電容(Ce)的第二端相連；耦合電感第二繞組(L2)的一端與電源(Vin)的負極相連，耦合電感第二繞組(L2)第二端與倍壓電容(Cm)的第一端相連，倍壓電容(Cm)的第二端與續流二極管(Dr)的陰極相連， 耦合電感第二繞組(L2)和耦合電感第一繞組(L1)同為一個耦合電感中的兩個繞組，以第一繞組(L1)的第一端和第二繞組(L2)的第一端為耦合電感的同名端；輸出二極管(Do)的陽極與續流二極管(Dr)的陰極相連，輸出二極管(Do)的陰極與輸出電容(Co)的第一端相連,輸出電容(Co)的第二端與箝位電容(Ce)的第一端相連。
2.如權利要求1所述的高升壓比倍壓結構無源無損箝位變換器，其特征在于，箝位二極管(Dc)、續流二極管(Dr)和輸出二極管(Do)中的一個或多個改成同步整流管，均能正常工作。
全文摘要
高升壓比倍壓結構無源無損箝位變換器，包括一個功率開關管，一個箝位二極管，一個續流二極管，一個輸出二極管，一個箝位電容，一個倍壓電容，一個輸出電容和一個帶有兩個繞組的耦合電感，本發明利用耦合電感來拓展變換器的電壓增益和降低功率開關管和二極管的電壓應力，利用耦合電感的漏感實現開關管的零電流開通和抑制二極管的反向恢復電流，箝位二極管和箝位電容組成的箝位電路有效吸收了功率開關管關斷時的電壓尖峰和實現了能量的無損轉移，利用倍壓電路進一步提高了變換器的增益，并進一步降低功率開關管及輸出二極管的電壓應力，電路結構簡單，控制方便，適用于小功率，高增益和高效率的光伏并網發電變換場合。
文檔編號H02M3/10GK103051179SQ201210576330
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月26日 優先權日2012年12月26日
發明者楊波, 趙一, 智秀杰 申請人:杭州科為達電氣有限公司