[發(fā)明專利]一種單開關高增益升壓變換器

有效

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• 申請日: 2013-09-16
• 公開（公告）號: CN103490622A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發(fā)明（設計）人: 丘東元;戴曉娟;張波
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及電力電子變換器技術(shù)領域，具體涉及一種單開關高增益升壓變換器。

背景技術(shù)

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提供的都是電壓較低的直流電，不能滿足現(xiàn)有用電設備的用電需求，也不能滿足并網(wǎng)的要求，因此需要把低電壓直流電轉(zhuǎn)換為實際需要的高壓直流電。因而高增益、性能穩(wěn)定的升壓變換器成為一個研究熱點，該研究對推動光伏、燃料電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有很大的意義。

最基本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，很難滿足高增益的變換要求。目前，高增益的單開關升壓變換器主要有三種。第一種是利用變壓器，在原有的直流-直流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(xiàn)高增益升壓的目的。此時，電能的轉(zhuǎn)化過程實際上由原來的直流-直流，變?yōu)橹绷?交流-交流-直流，整個系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率降低。第二種是利用耦合電感，但耦合電感結(jié)構(gòu)復雜，不利于工業(yè)加工，難以保證電路的一致性，并且會引起開關器件電壓應力過高，帶來電磁干擾等影響，導致變換器工作損耗較大。第三種是加入級聯(lián)升壓單元，單元數(shù)越多，電壓增益越大，但電路元件數(shù)越多，結(jié)構(gòu)越復雜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種單開關高增益升壓變換器。

本發(fā)明適用于光伏系統(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。

本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種單開關高增益升壓變換器，包括普通Boost升壓電路環(huán)節(jié)、儲能電路環(huán)節(jié)。

所述普通Boost升壓電路環(huán)節(jié)包括直流電壓源、第一電感、第四二極管、第四電容和輸出負載；儲能電路環(huán)節(jié)包括第一二極管、第二二極管、第三二極管、第一電容、第二電容、第三電容、第二電感和第三電感。

所述第一電感一端與直流電壓源的正極連接，另一端分別與第一二極管的陽極、第二二極管的陽極連接；

所述的第二二極管的陰極分別與開關管的漏極、第二電容的一端、第三電感的一端和第四二極管的陽極連接；

所述的第二電容的另一端分別與第三二極管的陽極、第二電感的一端連接；

所述的第三電感的另一端分別與第三電容的一端，第三二極管的陰極連接；

所述的第二電感的另一端分別與第一電容的一端和第一二極管的陰極連接；

所述的第一電容的另一端分別與直流電壓源負極、第三電容另一端、第四電容的一端、負載的一端、開關管源極連接；

所述的第四二極管的陰極分別與第四電容的另一端和負載的另一端連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，與現(xiàn)有的直流升壓型變換器相比，在占空比相同的情況下，具有更大的電壓增益；開關管關斷時承受的開關應力較低；只用一個開關管控制電路的工作，控制簡單，適用于需要高電壓增益的直流電壓變換場合。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施的一種單開關高增益升壓變換器的電路圖；

圖2、圖3和圖4分別是圖1所示本發(fā)明實施例電路在一個開關周期內(nèi)的工作模態(tài)圖。其中圖2是開關管S導通時的工作模態(tài)圖，圖3、圖4是開關管S關斷時的兩種工作模態(tài)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。

圖5分別是本發(fā)明實施例在輸入電壓V_g=12V，開關S的占空比D=0.4，負載R_L=50Ω時的輸出電壓V_o，開關管兩端電壓V_ds、流過二極管（D₁、D₂、D₃、D₄）電流的波形圖。

圖6是本發(fā)明實施例電路在占空比（0<D<0.5）下的輸出電壓增益M和開關管S占空比D的關系圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進一步地詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

如圖1所示，一種單開關高增益升壓變換器包括普通Boost升壓電路環(huán)節(jié)、儲能電路環(huán)節(jié)。