一種兩繞組耦合電感倍壓式單開關(guān)管高增益變換器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種兩繞組耦合電感倍壓式單開關(guān)管高增益變換器。包括Boost電路、耦合電感倍壓單元電路及輸出電路，所述Boost電路由開關(guān)管、第一二極管、第一電容、耦合電感的原邊繞組構(gòu)成；耦合電感倍壓單元電路由第一電容、第二電容、第二二極管、耦合電感的副邊繞組構(gòu)成；輸出電路由第三二極管、第三電容和負(fù)載構(gòu)成。本實用新型抑制了開關(guān)管關(guān)斷時的電壓尖峰，降低了開關(guān)管承受的電壓應(yīng)力，回收了漏感能量，電壓增益高，效率高。
【專利說明】一種兩繞組耦合電感倍壓式單開關(guān)管高增益變換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電力電子變換器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種兩繞組耦合電感倍壓式單開關(guān)管高增益變換器。
【背景技術(shù)】
[0002]在太陽能發(fā)電系統(tǒng)或者燃料電池系統(tǒng)中，由于單塊太陽能電池或者單個燃料電池的輸出電壓較低且容量較小，而實際應(yīng)用中所需的電壓通常較高，并且對效率要求也較高，因此需要一級高效率的升壓變換器把低電壓直流電轉(zhuǎn)換為適合實際需要的高壓直流電。
[0003]目前最常用的升壓變換器是單管Boost變換器，然而這種變換器的升壓范圍十分有限，通常升壓倍數(shù)都在十倍以內(nèi)，很難滿足高增益的變換要求。為實現(xiàn)增益拓展，可以使用開關(guān)電容技術(shù)，這種技術(shù)電路結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)，但是存在著開關(guān)管電流尖峰沖擊大，電壓增益有限的缺點。雖然通過多級開關(guān)電容結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步拓展變換器的電壓增益，但是電路結(jié)構(gòu)會變得非常復(fù)雜。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種兩繞組耦合電感倍壓式單開關(guān)管高增益變換器。
[0005]本實用新型適用于光伏系統(tǒng)、燃料電池系統(tǒng)、能量回收系統(tǒng)等需要用到高增益高性能電力電子變換器的場合。
[0006]本實用新型通過 如下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0007]—種兩繞組耦合電感倍壓式單開關(guān)管高增益變換器，包括Boost電路、耦合電感倍壓單元電路及輸出電路，
[0008]所述Boost電路由開關(guān)管S、第一二極管D1、第一電容C1、稱合電感的原邊繞組Ln構(gòu)成；
[0009]耦合電感倍壓單元電路由第一電容C1、第二電容C2、第二二極管D2、耦合電感的副邊繞組L12構(gòu)成；
[0010]輸出電路由第三二級管D3、第三電容C3和負(fù)載構(gòu)成。
[0011]所述耦合電感的原邊繞組L11的同名端與輸入電源正極連接，所述耦合電感的原邊繞組L11的異名端分別與開關(guān)管S的漏極、第一二極管D1的陽極連接，所述第一二極管D1的陰極分別與第一電容仏的一端、第二二極管D2的陽極連接，所述第二二極管D2的陰極分別與第三二極管D3的陽極、耦合電感的副邊繞組L12的異名端連接，所述耦合電感的副邊繞組L12的同名端與第二電容C2的一端連接，所述第三二極管D3的陰極分別與第三電容C3的一端、負(fù)載的一端連接；
[0012]所述開關(guān)管S的源極、第一電容C1的另一端、第三電容C3的另一端、負(fù)載的另一端分別與輸入電源的負(fù)極連接，所述第二電容C2的另一端與輸入電源的負(fù)極連接或與輸入電源的正極連接或與第三二極管D3的陰極連接。[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比本實用新型具有如下優(yōu)點:
[0014]本實用新型工作時，利用耦合電感的漏感有效地抑制了第二電容造成的電流尖峰，同時第二電容也可以回收耦合電感漏感能量，提高變換器的效率，利用耦合電感原、副邊繞組的匝數(shù)比可以調(diào)節(jié)變換器的電壓增益，利用第一電容限制開關(guān)管承受的電壓應(yīng)力；
[0015]本實用新型電路結(jié)構(gòu)簡單，控制電路容易實現(xiàn)，非常適用于需要高增益、高效率變換器的場合。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型一種兩繞組耦合電感倍壓式單開關(guān)管高增益變換器的電路圖；
[0017]圖2 (a)~圖2 (b)是本實用新型實施例1中一種兩繞組耦合電感倍壓式單開關(guān)管高增益變換器在一個開關(guān)周期內(nèi)的等效電路圖，其中圖2 Ca)是工作模態(tài)I時的等效電路圖，圖2 (b)是工作模態(tài)2時的等效電路圖，圖中實線表示變換器中有電流流過的部分，虛線表示變換器中沒有電流流過的部分；
[0018]圖3是本實用新型實施例2的一種兩繞組耦合電感倍壓式單開關(guān)管高增益變換器的電路圖；
[0019]圖4是本實用新型實施例3的一種兩繞組耦合電感倍壓式單開關(guān)管高增益變換器的電路圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合實施例及附圖，對本實用新型作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本實用新型的實施方式不限于此。
[0021]實施例1
[0022]如圖1所示，一種兩繞組耦合電感倍壓式單開關(guān)管高增益變換器，包括開關(guān)管S、第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、耦合電感(其中原邊繞組用L11表示，副邊繞組用L12表不),第一電容C1,第二電容C2,第三電容C3和負(fù)載R ；
[0023]由開關(guān)管S,第一二極管D1,第一電容C1, f禹合電感的原邊繞組L11構(gòu)成Boost電路；
[0024]由第一電容C1，第二電容C2，第二二極管D2,耦合電感的副邊繞組L12構(gòu)成耦合電感倍壓單元電路；
[0025]由第三二極管D3,第三電容C3和負(fù)載R構(gòu)成的輸出電路。
[0026]由上述可知，所述Boost電路與耦合電感倍壓單元電路共用第一電容Q。
[0027]具體連接方式如下:
[0028]所述耦合電感的原邊繞組L11的同名端與輸入電源正極連接，所述耦合電感的原邊繞組L11的異名端分別與開關(guān)管S的漏極、第一二極管D1的陽極連接，所述第一二極管D1的陰極分別與第一電容仏的一端、第二二極管D2的陽極連接，所述第二二極管D2的陰極分別與第三二極管D3的陽極、耦合電感的副邊繞組L12的異名端連接，所述耦合電感的副邊繞組L12的同名端與第二電容C2的一端連接，所述第三二極管D3的陰極分別與第三電容C3的一端、負(fù)載R的一端連接；
[0029]所述開關(guān)管S的源極、第一電容C1的另一端、第二電容C2的另一端、第三電容C3的另一端、負(fù)載R的另一端分別與輸入電源Vd的負(fù)極連接。
[0030]一種兩繞組耦合電感倍壓式單開關(guān)管高增益變換器在一個開關(guān)周期內(nèi)有2個工作模態(tài)，即開關(guān)管S開通和關(guān)斷兩種相互切換的工作模態(tài)，具體如圖2 (a)~圖2 (b)所示。
[0031]工作模態(tài)1:
[0032]如圖2 (a)所示，開關(guān)管S開通，此時第一二極管D1和第三二極管D3關(guān)斷，第二二極管D2導(dǎo)通，此時輸入電源給耦合電感的勵磁電感充電，同時耦合電感將能量從輸入電源傳遞到第二電容C2,第一電容C1也將能量傳遞到第二電容C2，第三電容C3向負(fù)載提供能量。
[0033]工作模態(tài)2:
[0034]如圖2 (b)所示，開關(guān)管S斷開，此時第一二極管D1和第三二極管D3導(dǎo)通，第二二極管D2關(guān)斷，開關(guān)管漏源極之間承受的電壓被第一電容C1箝位。輸入電源和耦合電感的勵磁電感能量同時向第一電容C1轉(zhuǎn)移,第一電容C1充電,與此同時能量也通過I禹合電感向負(fù)載轉(zhuǎn)移，同時給第三電容C3充電。第二電容C2向負(fù)載提供能量，同時給第三電容C3充電。
[0035]穩(wěn)態(tài)時的電壓增益分析:
[0036]在進(jìn)行電路穩(wěn)態(tài)電壓分析過程中，由于漏感相當(dāng)小，因此忽略不計。
[0037]設(shè)輸入電壓為Vd，輸出電壓即第三電容C3兩端電壓為V。,第一電容C1兩端電壓為Vcl，第二電容C2兩端電壓為\2,耦合電感副邊繞組匝數(shù)與原邊繞組匝數(shù)之比為N，一個開關(guān)周期為Ts，其中開關(guān)管導(dǎo)通狀態(tài)持續(xù)時間為DTS，開關(guān)管關(guān)斷持續(xù)時間為(1-D) Ts ；
[0038]開關(guān)管開通時，耦合電感的勵磁電感兩端電壓為Vd，電容C2兩端電壓為:
[0039]Vc2=NVVcl(O
[0040]開關(guān)管斷開時，耦合電感的勵磁電感兩端電壓為Vd-Vcl，輸出電壓即電容C3兩端電壓為:
[0041 ]
【權(quán)利要求】
1.一種兩繞組耦合電感倍壓式單開關(guān)管高增益變換器，其特征在于，包括Boost電路、耦合電感倍壓單元電路及輸出電路， 所述Boost電路由開關(guān)管(S)、第一二極管(D1 )、第一電容(C1X稱合電感的原邊繞組(L11)構(gòu)成； 耦合電感倍壓單元電路由第一電容(C1X第二電容(C2)、第二二極管(D2)、耦合電感的副邊繞組(L12)構(gòu)成； 輸出電路由第三二級管(D3)、第三電容(C3)和負(fù)載構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兩繞組耦合電感倍壓式單開關(guān)管高增益變換器，其特征在于，所述耦合電感的原邊繞組(L11)的同名端與輸入電源正極連接，所述耦合電感的原邊繞組(L11)的異名端分別與開關(guān)管(S)的漏極、第一二極管(D1)的陽極連接，所述第一二極管(D1)的陰極分別與第一電容(C1)的一端、第二二極管(D2)的陽極連接，所述第二二極管(D2)的陰極分別與第三二極管(D3)的陽極、耦合電感的副邊繞組(L12)的異名端連接，所述耦合電感的副邊繞組(L12)的同名端與第二電容(C2)的一端連接，所述第三二極管(D3)的陰極分別與第三電容(C3)的一端、負(fù)載的一端連接； 所述開關(guān)管(S)的源極、第一電容(C1)的另一端、第三電容(C3)的另一端、負(fù)載的另一端分別與輸入電源的負(fù)極連接，所述第二電容(C2)的另一端與輸入電源的負(fù)極連接或與輸入電源的正極連接或與第三二極管(D3)的陰極連接。
【文檔編號】H02M1/32GK203434870SQ201320524859
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月26日
【發(fā)明者】張波, 張能, 黃子田, 丘東元, 肖文勛 申請人:華南理工大學(xué), 東莞市石龍富華電子有限公司