[發明專利]帶耦合電感的高效率高增益DC-DC變換器

有效

• 申請號: 201310567902.9
• 申請日: 2013-11-14
• 公開（公告）號: CN103633838A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 張波;付堅;丘東元;肖文勛;黃子田
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H02M3/155
• 分類號: H02M3/155;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

技術領域

本發明涉及高增益非隔離型DC-DC變換器領域，具體涉及一種帶耦合電感的高效率高增益DC-DC變換器。

背景技術

近年來，高增益非隔離型DC-DC變換器廣泛用于UPS、分布式光伏發電和電池儲能系統。目前，高增益非隔離型DC-DC變換器主要有開關電容型、開關電感型，通過增加開關電容或電感來實現電壓的升高，但難以實現軟開關，降低了變換器的效率。二次型Boost變換器可以實現高增益，同樣受到很大的青睞，但開關管的電壓應力非常大，限制了電壓的進一步提高。此外，通過耦合電感也可以實現很高的增益，然而耦合電感的漏感若不加以控制，會增加開關管的電壓應力和能量損耗。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提出一種帶耦合電感的高效率高增益DC-DC變換器變換器。

本發明采用的技術方案是：帶耦合電感的高效率高增益DC-DC變換器變換器，包括以直流電源、開關管、第一二極管、第二二極管、第四二極管、第五二極管、第一電感、第二電感、第一電容、第三電容和第四電容構成的倍壓輸出的輸入級Boost變換器；以第一電容、開關管、第三二極管、第六二極管、第七二極管、第二電容、第五電容、第六電容、耦合電感和負載構成的帶有耦合電感的輸出級Boost變換器。

所述變換器中，第一電感的一端同時與直流電壓的正極、第三電容的負極相連接，第一電感的另一端同時與第四二極管的陽極、第二二極管的陽極、第二電感的一端相連接，第二電感的另一端與第四電容的負極相連接，第三電容的正極同時與第四二極管的陰極、第五二極管的陽極相連接，第四電容的正極與第五二極管的陰極、第一二極管的正極相連接；耦合電感的原邊的一端同時與第一二極管的陰極、第一電容的正極、第五電容的負極相連接，耦合電感的原邊的另一端同時與副邊的非同名端、開關管的漏極、第六二極管的陽極相連接，耦合電感的副邊的另一端與第二電容的負極相連接，第五電容的正極同時與第六二極管的陰極、第七二極管的陽極相連接，第二電容的正極與第七二極管的陰極、第三二極管的陽極相連接，第三二極管的陰極同時與第六電容的正極、負載的一端相連接，負載的另一端與直流電源的負極、第一電容的陰極、開關管的源極、第六電容的負極相連接。

當開關管開通時，直流電源給第一電感充電，直流電源和第三電容共同給第四電容充電，第一電容給耦合電感的原邊充電，第一電容和第五電容共同給第二電容充電，同時第六電容給負載供電；當開關管關斷時，第一電感給第三電容充電，直流電源、第一電感和第四電容共同給第一電容充電，耦合電感的原邊給第五電容充電，同時直流電源、第一電感、第四電容、耦合電感的原邊、副邊、第二電容共同給第六電容和負載供電。

變換器的工作模式包括第一電感的電流和耦合電感的電流均工作于連續導通模式（L₁-C-CCM模式）、第一電感的電流工作于連續導通模式而耦合電感的電流工作于斷續導通模式（L₁-CCM-C-DCM模式）。

與現有技術相比，本發明具有的優勢為：增益為2(2+N)/(1-D)²，且開關管的電壓應力低，僅為輸出電壓的1/(2+N)，實現了開關管的零電流開通，提高了變換器的效率，同時實現了每個二極管的零電流關斷，很好的解決了每個二極管的反向恢復問題。與開關電容型和開關電感型相比，實現了軟開關，提高了效率；與二次型Boost變換器相比，降低了開關管的應力；與現有的耦合電感相比，很好的利用了漏感，進一步提高電壓，降低開關管的應力，實現軟開關。

附圖說明

圖1是本發明的帶耦合電感的高效率高增益DC-DC變換器結構圖；

圖2是圖1所示的帶耦合電感的高效率高增益DC-DC變換器的等效電路圖；

圖3是圖1所示的帶耦合電感的高效率高增益DC-DC變換器工作于L₁-C-CCM模式下關鍵電流波形圖；

圖4a～圖4f分別是圖1所示的帶耦合電感的高效率高增益DC-DC變換器工作于L₁-C-CCM模式下的六種工作模態。

具體實施方式

為進一步闡述本發明的內容和特點，以下結合附圖對本發明的具體實施方案進行具體說明。但本發明的實施不限于此。