[發明專利]含倍壓單元的無源無損箝位高增益變換器

無效

• 申請號: 201210576753.8
• 申請日: 2012-12-26
• 公開（公告）號: CN103051180A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 趙一;楊波;許威
• 申請（專利權）人: 杭州科為達電氣有限公司
• 主分類號: H02M3/10
• 分類號: H02M3/10
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

技術領域

本發明涉及一種直流—直流變換器及應用，具體說是含倍壓單元的無源無損箝位高增益變換器。

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—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－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

本發明要克服常規的單相單管直流－直流變換器的電壓增益不高、導通損耗和開關功耗大的缺點，提供一種結構簡單，控制方便且無能量損耗的含倍壓單元的無源無損箝位高增益變換器。

本發明所述的含倍壓單元的無源無損箝位高增益變換器，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，續流二極管1的陽極及箝位電容的第一端相連，箝位電容的第二端與續流二極管2的陰極及輸出二極管的陽極相連，輸出二極管的陰極與輸出電容的第一端相連，電源的負極與功率開關管的源極及輸出電容的第二端相連；

耦合電感第二繞組的第一端與續流二極管1的陰極及續流二極管2的陽極相連，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電源的負極相連，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耦合電感的同名端；

所述的變換器，其兩個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；利用輸出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。

附圖說明

圖1是本發明的電路圖；

具體實施方式

參見圖1，本發明的含倍壓單元的無源無損箝位高增益變換器中，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，續流二極管1Dr₁的陽極及箝位電容Cc的第一端相連，箝位電容Cc的第二端與續流二極管2Dr₂的陰極及輸出二極管Do的陽極相連，輸出二極管Do的陰極與輸出電容Co的第一端相連，電源Vin的負極與功率開關管S的源極及輸出電容Co的第二端相連；

耦合電感第二繞組L₂的第一端與續流二極管1Dr₁的陰極及續流二極管2Dr₂的陽極相連，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的第二端與電源Vin的負極相連，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；