[發(fā)明專利]燃料電池和光伏發(fā)電用的共地型隔離高增益準(zhǔn)Z源變換器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710924005.7
• 申請日: 2017-09-30
• 公開（公告）號: CN107612349A
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張波;朱小全;丘東元
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M1/32
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司44102
• 代理人: 何淑珍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力電子變換器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于燃料電池和光伏發(fā)電的共地型隔離高增益準(zhǔn)Z源直流變換器。

背景技術(shù)

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源需求的日益增加以及由傳統(tǒng)化石能源所引起的環(huán)境污染問題變得日趨嚴(yán)重。為了實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，人們開始關(guān)注可再生的清潔新能源的發(fā)展和應(yīng)用。新能源發(fā)電就是應(yīng)用之一，可再生能源發(fā)電主要包括有水利、太陽能、風(fēng)能、燃料電池等。但是由于燃料電池和太陽能光伏電池板的輸出電壓等級較低且波動范圍較大，不能滿足現(xiàn)有一些用電設(shè)備和并網(wǎng)的要求，故通常需要經(jīng)過升壓DC/DC變換器將低壓電轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的高壓直流電，然后再經(jīng)過逆變器并網(wǎng)。近幾年相關(guān)學(xué)者提出了Z源DC-DC變換器和開關(guān)升壓DC-DC變換器，雖然它們各自分別利用Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)和開關(guān)升壓網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了輸出電壓的提升，但是由于寄生參數(shù)和損耗的限制，它們對應(yīng)的電壓增益仍有很大的提升空間，且在很多應(yīng)用場合中往往存在需要變換器的輸出和輸入之間實現(xiàn)電隔離，因此隔離型的高增益DC-DC變換器的研究和發(fā)展變得越來越重要。

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，提供一種適用于燃料電池和光伏發(fā)電的具有更高輸出電壓增益的共地型隔離準(zhǔn)Z源DC-DC變換器，具體技術(shù)方案如下。

本發(fā)明的適用于燃料電池和光伏發(fā)電的共地型隔離高增益準(zhǔn)Z源直流變換器，具體包括輸入直流電壓源，由第一電感、第一電容、第一二極管、第二電感和第二電容構(gòu)成的準(zhǔn)Z源網(wǎng)絡(luò)，由第二二極管、第三二極管、第三電容、第三MOS管和第四MOS管構(gòu)成的準(zhǔn)開關(guān)升壓單元，第一MOS管,第二MOS管，變比為1:n的高頻變壓器T，由第四電容C_o1，第五電容C_o2，第四二極管D_o1和第五二極管D_o2構(gòu)成的倍壓整流器和負(fù)載電阻R_L。

進(jìn)一步地，所述直流輸入電壓源的一端與第一電感的一端連接；所述第一電感的另一端分別與第一二極管的陽極和第一電容的負(fù)極連接；所述第一二極管的陰極分別與第二電感的一端和第二電容的正極連接；所述第二電感的另一端分別與第二二極管的陽極、MOS管的漏極以及第一電容的正極連接；所述第二二極管的陰極分別與第三電容的正極和第一MOS管的漏極連接；所述第三電容的負(fù)極分別與第四MOS管的源極和第三二極管的陽極連接；所述第一MOS管的源極分別與高頻變壓器的一次側(cè)正極性輸入端和第二MOS管的漏極連接；所述第三二極管的陰極分別與第二MOS管的源極、第二電容的負(fù)極以及輸入直流電源的負(fù)極連接；所述第三MOS管的源極分別與第四MOS管的漏極和高頻變壓器的一次側(cè)負(fù)極性輸入端連接；所述第四電容的正極分別與第四二極管的陰極和負(fù)載的一端連接；所述第四電容的負(fù)極分別與變壓器二次側(cè)的正極性端和第五電容的正極連接；所述第五電容的負(fù)極分別與第五二極管的陽極和負(fù)載的另一端連接；所述第五二極管的陰極分別與第四二極管的陽極和變壓器二次側(cè)的負(fù)極性端連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：開發(fā)利用到了準(zhǔn)開關(guān)升壓單元里面隱藏的一個MOS管，無需再額外添加功率開關(guān)管就可以實現(xiàn)一個全橋結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，控制方便；且相比于傳統(tǒng)的隔離型級聯(lián)準(zhǔn)Z源DC-DC變換器(其輸出電壓增益為G＝2n/(1-3D))，在相同的輸入電壓和占空比的情況下，本發(fā)明電路可以在少用一個電感和電容的情況下，具有更高的輸出電壓增益為G＝2n/(1-4D)。且輸入電源電流連續(xù)，不存在電路啟動沖擊電流等，因此本發(fā)明電路具有很廣泛的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述的一種共地型隔離高增益準(zhǔn)Z源DC-DC變換器的實施例的電路圖；

圖2a、圖2b、圖2c、圖2d是圖1所示電路圖在一個開關(guān)周期內(nèi)的主要工作模態(tài)圖。

圖3a是本發(fā)明所述變換器與傳統(tǒng)的隔離型級聯(lián)準(zhǔn)Z源DC-DC變換器的輸出電壓增益對比曲線圖。

圖3b以V_dc＝10V，占空比D＝0.2，高頻變壓器的變比n＝1為例給出了本發(fā)明電路中相關(guān)變量的仿真結(jié)果圖和電感電流i_L1和i_L2的波形以及高頻變壓器一次側(cè)輸入電壓V_pr的波形。

具體實施方式

以下結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。需指出的是，以下若有未特別詳細(xì)說明之過程或參數(shù)，均是本領(lǐng)域技術(shù)人員可參照現(xiàn)有技術(shù)理解或?qū)崿F(xiàn)的。