[發明專利]基于電容箝位的三相交錯并聯超高增益升壓變換器

有效

• 申請號: 201811584987.0
• 申請日: 2018-12-24
• 公開（公告）號: CN109617408B
• 公開（公告）日: 2019-11-26
• 發明（設計）人: 李虹;曾洋斌;王文財;張波;呂金虎;鄭瓊林
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158
• 代理公司: 11201 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 張潤<國際申請>=<國際公布>=<進入國

本發明公開了一種基于電容箝位的三相交錯并聯超高增益升壓變換器，包括：負載；正向電容箝位電路，包括第一電容、第二電容、第一二極管和第二二極管；反向電容箝位電路，包括第三電容、第四電容、第三二極管和第四二極管；三相交錯并聯Boost結構，包括第一電感、第二電感、第三電感，第一開關管、第二開關管、第三開關管和輸入源。三相交錯并聯Boost結構通過第一節點和第二節點與正向電容箝位電路相連，通過第二節點和第三節點與反向電容箝位電路相連，負載通過第六節點和第七節點與正向電容箝位電路和反向電容箝位電路相連。該變換器具有超高的電壓增益、超低輸入電流紋波，低電壓應力的特點，適用于燃料電池、光伏電池并網發電領域。

技術領域

本發明涉及電力電子技術領域，特別涉及一種基于電容箝位的三相交錯并聯超高增益升壓變換器。

背景技術

由于環境污染的日益加劇，石油資源的枯竭，清潔無污染的可再生能源發電技術備受青睞，如燃料電池和光伏電池等。然而燃料電池和光伏電池發電技術存在兩個問題，其一便是燃料電池和光伏電池的輸出電壓比較低，一般只有20～50V，而并網逆變器的直流母線電壓為400V/750V，需要高增益變換器將20～50V轉化成400V/750V的直流電壓；其二便是燃料電池和光伏電池對電流紋波較為敏感，較大的電流紋波會使燃料電池和光伏電池的壽命降低，因此高增益變換器的輸入電流紋波要低。同時，隨著工業應用對變換器的性能、成本、功率密度提出越來越高的要求，因此適合中小功率場合的，具有高性能特征、高電壓增益、低器件成本、低輸入電流紋波以及高轉化效率的升壓變換器是需要不斷突破與更新的關鍵技術。

針對存在的問題1，主要有兩種方法來解決。其一便是通過將電池串聯來提高電池側的輸出電壓，但是該種方法會導致光伏電池的最大功率搜索比較困難，影響設備的可靠性和電能轉換效率。其二便是通過高增益變換器來解決，目前已有一些相關的高增益變換器，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基于倍壓單元的高增益變換器。對于開關電容型高增益變換器來說，其能實現較高的電壓增益，但是其會在開關過程中由于電容充放電導致較高的電流尖峰，影響變換器的效率和可靠性；開關電感型高增益變換器由于其輸入側電感并聯充電、串聯放電，因此輸入側的電流紋波較大，影響電池的壽命。

針對問題2，目前主要使用交錯并聯結構來降低輸入側的電流紋波，但是一般電壓增益比較低。例如，一種相關技術最基本的兩相交錯并聯Boost變換器，由兩個傳統Boost變換器交錯并聯而成，能夠降低變換器的輸入電流紋波，但是沒有提高變換器的電壓增益。為了提高變換器電壓增益，另一種相關技術提出了兩相交錯并聯倍壓Boost變換器，在傳統兩相交錯并聯Boost變換器的基礎上增加了倍壓模塊，使輸出電壓翻倍，但是結構較為復雜，倍壓模塊包括兩個電容和兩個二極管，電壓增益僅增加了一倍。

因此，為了同時實現較高的電壓增益的同時降低輸入側的電流紋波的拓撲仍然需要進一步研究與開發。

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，本發明的目的在于提出一種基于電容箝位的三相交錯并聯超高增益升壓變換器，該變換器具有超高的電壓增益、超低輸入電流紋波，低電壓應力的特點，適用于燃料電池、光伏電池并網發電領域。