[發明專利]燃料電池發電用的高增益升壓直流變換器

有效

• 申請號: 201811543427.0
• 申請日: 2018-12-17
• 公開（公告）號: CN109861524B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 李虹;曾洋斌;王文財
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: H02M3/155
• 分類號: H02M3/155;H02M1/14
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張潤

本發明公開了一種燃料電池發電用的高增益升壓直流變換器，包括：輸入電源V_in正極與電感L₁相連；電感L₁分別與開關管S₁漏極和電容C₁相連；電容C₁分別與二極管D₁陽極、電容C₂和電感L₂相連；電感L₂分別與負載R_L和電容C₄相連；電容C₂分別與二極管D₂陰極和二極管D₃陽極相連；二極管D₃陰極分別與負載R_L和電容C₃相連；輸入電源V_in負極分別與開關管S₁源極、二極管D₁陰極、二極管D₂陽極、電容C₃和電容C₄相連。該高增益升壓直流變換器具有高電壓增益、低器件電壓應力、低輸入、低輸出電流紋波的特點，適用于燃料電池發電領域，在將燃料電池低壓直流電提升的同時延長燃料電池的使用壽命。

技術領域

本發明涉及電力電子技術領域，特別涉及一種燃料電池發電用的高增益升壓直流變換器。

背景技術

傳統的化石能源發電技術會帶來嚴重的環境污染問題，因此，為了保護環境，實現能源的可持續發展，燃料電池發電受到廣泛的關注，燃料電池發電具有效率高、污染小、安全性高等特點，但是由于燃料電池的輸出電壓比較低，一般為20～60V之間，如果實現燃料電池并網發電，需要具有較高電壓增益的變換器來提升直流電壓以滿足后級逆變器直流母線電壓的要求。

在相關技術中，傳統的Boost、Buck-Boost、Cuk、Sepic、Zeta等具有升壓功能的變換器受到廣泛應用，但是由于變換器中存在著寄生參數使得變換器的電壓提升能力有限，同時，開關管和輸出二極管的電壓應力比較大，會帶來很高的開關損耗和反向恢復損耗，因此，難以作為燃料電池和并網逆變器的中間接口。對于高增益變換器來講，如耦合電感型高增益變換器、開關電容型高增益變換器、開關電感型高增益變換器和級聯型高增益變換器等多種高增益變換器，其中，耦合電感型高增益變換器可以通過調整耦合電感的原副邊匝比實現電壓增益的提升，但是耦合電感存在著漏感使得開關管的電壓應力增大和變換器的效率降低；開關電容型高增益變換器由于主要依據開關電容的并聯充電和串聯放電，因此，電路中存在著脈沖電流，使得半導體器件的電流應力大和變換器的效率低；開關電感型高增益變換器通過電感的并聯充電、串聯放電來提高變換器的電壓增益，但是，器件數量較多和二極管的電流應力比較大使得變換器的效率較低。

此外，電流紋波較大會使燃料電池的壽命降低，因此，需要變換器具有較低的輸入電流紋波。而開關電感高增益變換器由于電感并聯充電、串聯放電，輸入的電流紋波比較大。同理，開關電容型高增益變換器由于電容的并聯充電、串聯放電，具有較高的電流紋波。耦合電感型高增益變換器由于耦合電感原邊電流在開關管開通和關斷時候不同，輸入電流紋波比較大。

因此，為提高燃料電池的壽命，滿足燃料電池輸出電壓提升至逆變側直流母線電壓的需求，并實現器件應力低，變換器效率較高的需求，需要繼續探究高增益、低電流紋波、低電壓應力、高效率的升壓變換器。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。

為此，本發明的一個目的在于提出一種燃料電池發電用的高增益升壓直流變換器，該高增益升壓直流變換器具有高電壓增益、低器件電壓應力、低輸入、低輸出電流紋波的特點，適用于燃料電池發電領域，在將燃料電池低壓直流電提升的同時延長燃料電池的使用壽命。