本發(fā)明涉及一種DC/DC變換器，具體說是一種含有軟開關的非隔離型高增益DC/DC變換器。

背景技術：

在現有的技術中，基本的兩相升壓型高增益DC/DC變換器，結構相對簡單，雖然能實現升壓的功能，但是存在升壓能力不夠，開關器件電壓應力過大，損耗大，效率不高，且升壓能力不可調等問題，同時開關管在導通和關斷過程中有顯著的開關損耗導致工作效率不高，且在某些輸入輸出高增益的場合不能滿足要求。因此，一些專家學者針對這些問題做了大量研究，并提出了相應的解決方案。非隔離型高增益DC/DC變換器在電動汽車、不間斷電源系統(tǒng)、光伏與燃料電池發(fā)電并網系統(tǒng)等諸多領域得到了廣泛的應用，它具備高增益的特點。但總的來說，對于現有的幾種解決方案，如借助于變壓器，在原有的DC/DC變換器中間加入一個高頻的變壓器，通過改變變壓器變比實現高增益升壓的目的，但該方案能量轉換過程復雜，整個系統(tǒng)的能量轉換效率低；利用開關電容，此種方案所需開關器件多，且控制及驅動電路實現復雜；采用耦合電感構建的拓撲，由于漏感的存在，開關器件電壓應力較大，變換器損耗大。

技術實現要素：

為解決變換器升壓能力不夠、工作效率不高、開關損耗較大、升壓能力不可調等技術問題，本發(fā)明提供一種含有軟開關的非隔離型高增益DC/DC變換器，通過軟開關輔助電路的應用，使得功率開關S1、S2均實現了無損零電壓關斷，減少了開關損耗，提高了工作效率。其電路拓撲簡單，可以大幅降低開關器件的電壓應力。

本發(fā)明采取的技術方案為：

一種含有軟開關的非隔離型高增益DC/DC變換器，包含兩個功率電感L₁、L₂，兩個功率開關S₁、S₂，軟開關輔助電路。

第一電感L₁、第二電感L₂的輸入端均接輸入電源V_in的正極，第一電感L₁、第二電感L₂的輸出端分別接第一功率開關S₁的漏極、第二功率開關S₂的漏極，第一功率開關S₁、第二功率開關S₂的源極接輸入電源V_in的負極，第一功率開關S₁、第二功率開關S₂的柵極分別接各自的控制器；

軟開關輔助電路包括二極管D₁、二極管D₂、電容C₁；二極管D₁、二極管D₂串聯，電容C₁的上端與二極管D₁、D₂串聯的節(jié)點相連，第一電感L₁的輸出端接二極管D₁的陽極，第二電感L₂輸出端接電容C₁的下端、然后再與二極管D1a的陽極相接，二極管D₂的陰極接二極管D_1a的陰極；

電容C_1a、C_1b串聯，電容C_1a上端與二極管D₁、D_1a并聯節(jié)點相連，電容C_1b下端與D_1b陽極相接；

第一電感L₁輸出端與所有奇數個倍增單元的上下兩個電容之間的節(jié)點相連；

第n個倍增單元的第二端口作為變換器輸出端的正極，第n個單元的第三端口作為變換器輸出端的負極；

第二電感L₂的輸出端與所有偶數倍增單元的上下兩個電容之間的節(jié)點相連。

在電容C_1a上端之后、電容C_1b下端之后，可以連接(n-1)個相同結構的倍增單元。

所述倍增單元是由兩個二極管和兩個電容組成的、具有四個端口的單元，兩個電容上下串聯，上方二極管的陽極作為第一端口①，上方二極管的陰極和上方電容的結點作為第二端口②，下方電容和二極管的陽極的結點作為第三端口③，下方二極管的陰極作為第四端口④。

n-1個倍增單元組合而成倍增模塊，n-1個倍增單元按順序從左到右依次接入，即：

第2個倍增單元的端口②接第3個倍增單元的端口①，第2個倍增單元的端口③接第3個倍增單元的端口④；第3個倍增單元的端口②接第4個倍增單元的端口①，第3個倍增單元的端口③接第4個倍增單元的端口④；以此類推，一直到第n個倍增單元；n為自然數，取值范圍為n≥2。

其控制方式為各相功率開關采用交錯控制策略。

與現有技術相比，本發(fā)明一種含有軟開關的非隔離型高增益DC/DC變換器，有益效果如下：

1)、本發(fā)明加入倍增單元組成高增益升壓網絡，實現了2n倍于基本Boost升壓變換器的輸入輸出電壓增益，同時倍增單元可以隨應用需要設計，拓寬了該變換器的應用場合。

2)、本發(fā)明中加入軟開關輔助電路，使得功率開關S1、S2均實現了無損零電壓關斷，減少了開關損耗，提高了工作效率。

3)、本發(fā)明中開關器件的電壓應力大幅降低。

4)、與現有的高增益升壓變換器相比，不含有變壓器和耦合電感，EMI特性好，電路拓撲簡單，采用交錯并聯控制方法。

5)、本發(fā)明通過軟開關輔助電路的應用，使得功率開關S₁、S₂均實現了無損零電壓關斷，減少了開關損耗，提高了工作效率。

6)、本發(fā)明實現了可調的高增益，倍增模塊中每增加一個倍增單元都可在原電路的增益基礎之上增加兩倍的基礎增益。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施方式含有n個倍增單元時的一般電路原理圖。

圖2是本發(fā)明具體實施方式例中含2組倍增單元的電路原理圖。

圖3是本發(fā)明中所采用的單一倍增單元電路圖。

具體實施方式

如圖2所示，以含有2個倍增單元為例的一種含有軟開關的非隔離型高增益DC/DC變換器，由低壓輸入電源V_in、DC/DC升壓電路和軟開關輔助電路組成。

一種含有軟開關的非隔離型高增益DC/DC變換器，包含兩個功率電感L₁、L₂，兩個功率開關S₁、S₂，六個二極管D₁、D₂、D_1a、D_1b、D_2a、D_2b和五個電容C₁、C_1a、C_1b、C_2a、C_2b。

第一電感L₁和第二電感L₂的輸入端同時接輸入電源的正極，第一電感L₁和第二電感L₂的輸出端分別接第一功率開關S₁和第二功率開關S₂的漏極，第一功率開關S₁和第二功率開關S₂的源極接輸入電源的負極；兩個功率開關S₁、S₂的柵極分別接各自的控制器。

第一電感L₁的輸出端接軟開關輔助電路的二極管D₁的陽極，第二電感L₂輸出端接軟開關輔助電路中電容C₁的下端，后再與二極管D_1a的陽極相接；第一電感L₁與軟開關輔助電路相接后，軟開關輔助電路中的二極管D₂的陰極接二極管D_1a的陰極。電容C_1a、C_1b串聯，C_1a上端與二極管D₁、D_1a并聯結點相連，電容C_1b下端與D_1b陽極相接；D_2a、D_2b、C_2a、C_2b構成第二個倍增單元。

所述倍增單元是由兩個二極管和兩個電容構成的具有四個端口的單元，上側二極管的陽極作為第一端口，上側二極管陰極與電容的節(jié)點作為第二端口，下側電容與下側二極管陽極的節(jié)點作為第三端口，下側二極管陰極作為第四端口。

第一電感L₁的輸出端與所有第奇次個倍增單元的上下兩個電容之間的節(jié)點相連，第2個倍增單元的第二端口作為變換器輸出端的正極，第2個單元的第三端口作為變換器輸出端的負極；第二電感L2的輸出端與所有第偶次個倍壓單元的上下兩個電容之間的節(jié)點相連。

所述的含有軟開關的非隔離型高增益DC/DC變換器相比于傳統(tǒng)的Boost升壓變換器具有4倍的增益比。

根據功率開關狀態(tài)的不同，可以將電路分為6種工作模態(tài)：

1.模態(tài)1：功率開關S₁、S₂均導通，此時低壓電源通過功率開關S₁和功率開關S₂分別向電感L₁和電感L₂充電；電容C_2a、C_2b均在向輸出端放電；二極管D₁、D₂、D_1a、D_1b、D_2a、D_2b均關斷。

2.模態(tài)2：控制器控制功率開關S₁關斷，S₂導通，此時二極管D₁導通，電感L₁的電流通過二極管D₁給電容C₁充電，后經S₂流回電源負極；這時電容C₁電壓上升，當U_c1＝U_c1b時充電完成，二極管D₁關斷；該過程中開關S₁實現零電壓關斷，低壓輸入電源、電感L₁、電容C_2a、C_2b均處于放電狀態(tài)，電容C₁處于充電狀態(tài)；此時功率開關S₂保持導通狀態(tài)，低壓電源通過功率開關S₂向電感L₂充電；二極管D₂、D_1a、D_2a、D_1b、D_2b均關斷。

3.模態(tài)3：同模態(tài)2功率開關S₁關斷，S₂導通，當模態(tài)2中的電容C₁充電完成時，二極管D₁關斷，此時電感L₁的電流在經過C_1a、C_1b之間的節(jié)點時分流，一部分通過電容C_1a、二極管D_2a、電容C_2a及開關S₂流回電源負極，電容C_1a放電，電容C_2a充電；一部分通過電容C_1b、二極管D_1b流回電源負極，此時電容C_1b處于充電狀態(tài)；該過程中低壓輸入電源、電感L₁、電容C_1a、C_2b處于放電狀態(tài)，電容C_1b、C_2a均處于充電狀態(tài)；此時功率開關S₂保持導通狀態(tài)，低壓電源通過功率開關S₂向電感L₂充電；二極管D₁、D₂、D_2b均關斷。

4.模態(tài)4：同模態(tài)1，功率開關S₁、S₂均導通，此時低壓電源通過功率開關S₁和功率開關S₂分別向電感L₁和電感L₂充電；電容C_2a、C_2b均在向輸出端放電；二極管D₁、D₂、D_1a、D_1b、D_2a、D_2b均關斷。

5.模態(tài)5：控制器控制功率開關S₁導通，S₂關斷，此時電感L₂的電流通過電容C₁、二極管D₂、電容C_1a及開關S₁流回電源負極，電容C₁放電，電容C_1a充電，當電容C₁的電壓U_c1下降至0時，二極管D₂關斷，電容C₁充電完成；該過程中開關S₂實現零電壓關斷，低壓輸入電源、電感L₂、電容C₁放電，電容C_1a處于充電狀態(tài)，此時功率開關S₁保持導通狀態(tài)，低壓電源通過功率開關S₁向電感L₁充電；二極管D₁、D_1a、D_2a、D_1b、D_2b均關斷。

6.模態(tài)6：當模態(tài)5的中的C₁放電完成時，二極管D₂關斷，此時二極管D_1a導通，此時電感L₂的電流在經過D_1a陽極下端的結點時分流，一部分通過二極管D_1a、電容C_1a及開關S₁流回電源負極，電容C_1a充電；另一部分電流通過電容C_2b，二極管D_2b、電容C_1b以及開關S₁流回電源負極，電容C_1b、C_2a放電，電容C_2b處于充電狀態(tài)，二極管D₁、D₂、D_1b、D_2a均關斷。

從模態(tài)2和模態(tài)5可以看出，開關S₁和S₂分別實現了零電壓關斷，有效的減少了開關損耗，提高了工作效率。上述實施范例僅僅是為了工作原理闡述簡單而采用了具有2組倍增單元的高增益模塊，但是在實際的應用中，能夠根據實際應用情況合理選擇倍增單元的個數，以達到與應用場合匹配和減少開支成本的目的。

本發(fā)明的上述實施范例僅僅是為說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其他不同形式的變化和變動。這里無法對所有的實施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā)明的技術方案所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之列。