[發明專利]帶有電荷泵的耦合電感ZVS/ZCS雙管直流變換器

有效

• 申請號: 201310569200.4
• 申請日: 2013-11-15
• 公開（公告）號: CN103618445A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 湯雨;王挺
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07;H02M3/156
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明涉及帶有電荷泵的耦合電感ZVS/ZCS雙管直流變換器，屬于電力電子變換器領域。

背景技術

受到能源短缺與環境問題的雙重壓力，新能源發電因其清潔性受到廣泛關注和研究，為了將單塊光伏電池、燃料電池并入電網，需要使用高增益、高效率直流變換器大幅度提升直流電壓等級。傳統Boost變換器升壓能力十分有限，隨著增益的升高，占空比逐漸變大，電感電流紋波變大，需要的電感也隨之變大；且應用在高輸出電壓場合時，功率開關管電壓應力，電流應力較大，開關管導通損耗大；輸出側二極管電壓應力大，且二極管硬關斷，反向恢復問題和EMI問題均十分嚴重，變換效率較低。

發明內容

????本發明所要解決的技術問題是針對上述背景技術的不足，提供了帶有電荷泵的耦合電感ZVS/ZCS雙管直流變換器，所述開關電感有源網絡升壓變換器體積小但轉換效率高，且功率開關管電壓應力低、電流應力小，導通損耗??；所有功率開關均能實現零電壓開通，開關損耗?。凰泄β识O管均能實現零電流自然關斷，不存在反向恢復問題，電路的EMI干擾較小。

???????本發明為實現上述發明目的采用如下技術方案：

????帶有電荷泵的耦合電感ZVS/ZCS雙管直流變換器，包括直流電源、第一升壓電路、第二升壓電路、第一電荷泵升壓單元、第二電荷泵升壓單元、開關電路和負載；所述直流電源輸出的電壓分為兩路輸出，其中一路經第一升壓電路初步升壓后輸入第一電荷泵升壓單元，經第一電荷泵升壓單元二次升壓后經開關電路輸入至負載的一端；另一路經第二升壓電路初步升壓后輸入至第二電荷泵升壓單元；經第二電荷泵升壓單元二次升壓后輸入至負載另一端，在負載的兩端還并聯一輸出濾波電容。

????作為本發明的進一步優化方案，所述第一升壓電路包括第一開關管和第一電感，所述第二升壓電路包括第二開關管和第二電感，所述第一電感的一端和第二開關管的漏極分別連接至直流電壓源正極，第一電感的另一端與第一開關管的漏極相連，第二開關管的源極與第二電感的一端相連，第一開關管的源極和第二電感的另一端分別接至直流電壓源的負極。

????作為本發明的進一步優化方案，所述的第一電荷泵升壓單元包括第三電感、第三開關管、第一電荷泵二極管和第一電荷泵電容，所述開關電路為第三功率二極管，其中，第三開關管的漏極連接第一電荷泵二極管的陽極，第一電荷泵二極管的陰極分別與第三功率二極管的陽極以及第一電荷泵電容的一端連接，第一電荷泵電容的另一端與第三電感的一端相連，第三電感的另一端分別與第三開關管的源極以及第一電感的另一端連接；所述第一電感與第三電感構成耦合電感，其中第一電感與輸入側直流源正極相連的一端、第三電感與第三開關管源極相連的一端為耦合電感的同名端，第三功率二極管的陰極與負載的一端連接。

????作為本發明的進一步優化方案，所述的第二電荷泵升壓單元包括第四電感、第四開關管、第二電荷泵二極管和第二電荷泵電容，第四開關管的源極連接第二電荷泵二極管的陰極，第二電荷泵二極管的陽極接至第二電荷泵電容的一端以及負載的另一端，第二電荷泵電容的另一端與第四電感的一端相連，第四電感的另一端與第四開關管的漏極以及第二電感的一端相連；所述第二電感與第四電感構成耦合電感，其中第二電感與輸入側直流源負極相連的一端、第四電感與第四開關管漏極相連的一端為耦合電感的同名端。

????作為本發明的進一步優化方案，還包括第一箝位電容和第二箝位電容，所述的第一箝位電容一端與輸入直流源正極相連，第一箝位電容的另一端與第三開關管的漏極相連；所述的第二箝位電容一端與輸入直流源負極相連，第二箝位電容的另一端與第四開關管的源極相連。

????作為本發明的進一步優化方案，第一、第二、第三、第四開關管為MOS管或者IGBT管。

本發明采用上述技術方案，具有以下有益效果：變換器體積小但轉換效率高，且主功率開關管電壓應力、電流應力低，導通損耗小，功率開關管均能實現零電壓開通，開關損耗小。功率二極管電壓應力低，且能夠實現零電流自然關斷以解決反向恢復問題。

附圖說明

圖1為帶有電荷泵的耦合電感ZVS/ZCS雙管直流變換器。

圖2是第一、第二功率開關管驅動電壓V₁波形圖；

圖3是第三、第四功率開關管驅動電壓V₂波形圖；

圖4至圖7分別是第一、第二、第三、第四功率開關管電壓V_S1、V_S2、V_S3、V_S4波形圖；