[發明專利]帶變壓器的高效非隔離交錯并聯BOOST變換器和工作方法

在審

• 申請號: 201710375816.6
• 申請日: 2017-05-24
• 公開（公告）號: CN107222098A
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 凌睿;王峰;胡睿;張騰;劉金平;劉輝;楊常浩
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H02M3/155
• 分類號: H02M3/155;H02M3/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及電子電路自動化控制領域，尤其涉及一種帶變壓器的高效非隔離交錯并聯BOOST變換器和工作方法。

背景技術

隨著全球能源緊缺和嚴重的環境問題，新能源資源如光伏，燃料電池，風能，地熱能等在全球受到廣泛的關注。然而，大多數新能源資源如光伏、燃點電池的輸出電壓較低，在實際應用中需要一種高增益的變換器。理論上，boost，buck-boost和flyback變換器在極端占空比時能夠提供較高的電壓增益。事實上，這些變換器的電壓增益卻受限于開關管，二極管，電感和電容的等效串聯電阻，漏感的影響。而且，在極端占空比時不僅會引入非常大的電流紋波和增加導通損耗，還會引入非常嚴重的二極管反向恢復問題。

因此，為提高變換器轉換效率和避免工作的極端占空比情況，許多二次變換器和串級結構的兩級變換器被提出。然后，由于兩級結構的變換器拓撲復雜，效率降低了。而且，變換器的穩定性是一個問題和比較嚴重輸出二極管的反向恢復問題。結果，最終的效率比較低，相應的電磁干擾(EMI)噪聲比較嚴重。隔離型變換器在有變壓器的情況下能夠很容易的獲得較高的電壓增益。然而，變壓器的漏感不僅會導致電壓和電流尖峰，引入較高的開關管電壓應力，而且還會增加損耗和噪聲，結果導致效率較低。RCD箝位電路和有源箝位電路能夠減小電壓應力和開關損耗，但卻是以變換器拓撲結構復雜和相關箝位電路損耗為代價的。

為了獲得較高的轉換效率，大量的基于耦合電感的非隔離變換器由于其電路結構簡單和導通損耗小而被廣泛研究。然而，他們卻需要緩沖器來限制由耦合電感的漏感引起的開關管電壓尖峰。因此，電壓箝位電路，有源箝位電路，無源再生緩沖電路已被提出來解決這種問題。然而，所有這些方法都是通過增加開關管和電容，這導致了變換器結構變復雜。基于boost集成隔離變換器的非隔離高增益變換器，如集成boost-flyback變換器和集成boost-SEPIC變換器在文獻中已被提出。耦合電感作為變壓器，通過調節繞組匝比來提高電壓增益。此外，漏感能量直接回收利用于輸出端，這樣，開關管的電壓尖峰能夠被限制。而且，輸出二極管的關斷電流能被耦合電感的漏感限制，二極管的反向恢復問題減輕了，相關的損耗也減小了。然而，輸出二極管的電壓應力卻隨著耦合電感的匝比的增加而增加了。因此，二極管的反向恢復問題仍然存在。盡管避免了極端占空比，輸入電流紋波由于電路的單開關控制卻變得很大，這使得這些變換器都不適于大功率、大電流的應用場合。傳統的交錯并聯boost變換器由于其結果簡單和較小的輸入輸出紋波，在大功率和功率因數校正的應用中是比較好的選擇。然而，電壓增益比較低，開關管和二極管的電壓應力接近于輸出電壓為了解決這些問題，將開關電容、變壓器或耦合電感集成于傳統的交錯并聯boost變換器。因此，獲得了適用于大功率的高增益、高效率、低電壓應力的變換器。

交錯并聯結構boost變換器因其結構簡單和輸入輸出紋波小的特點而成為新能源系統的較好選擇。然而，傳統交錯并聯boost變換器的電壓增益較低。因此，正激變換器和型變換器集成于傳統的交錯并聯boost變換器已被提出。不僅能夠獲得較高的電壓增益而且還能減小開關管和二極管的電壓應力。然而，集成正激變換器和型變換器電路相當復雜和昂貴。普遍來說，與正激型和型變換器相比，flyback變換器能夠獲得更高的電壓增益，而且電路結構更加簡單。因此，flyback變換器集成于傳統的交錯并聯變換器也是另外一個較好的選擇。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題，特別創新地提出了一種帶變壓器的高效非隔離交錯并聯BOOST變換器和工作方法。

為了實現本發明的上述目的，本發明提供了一種帶變壓器的高效非隔離交錯并聯BOOST變換器，其關鍵在于，包括：第一MOS管、第二MOS管、第一電感、第二電感、變壓器漏感、第一二極管、第二二極管、第三二極管、負載、輸出電容，第一電容、第二電容、變壓器，

第一電感一端連接第二MOS管漏極，第三電感與第一電感并聯，同樣連接第二MOS管漏極，所述第一電感另一端連接第二電感一端，所述第一MOS管源極連接第二MOS管源極，所述第一MOS管漏極連接第二電感另一端，所述第二電感一端還連接變壓器漏感一端，所述變壓器漏感另一端連接變壓器一次側輸入端，所述第二MOS管漏極連接變壓器一次側輸出端，這使得具有更低導通電阻的MOS管能夠被選擇來進一步減小開關損耗和導通損耗。