[發明專利]一種低電容電壓應力的二次型Boost變換器

在審

• 申請號: 201910848000.X
• 申請日: 2019-09-09
• 公開（公告）號: CN110535339A
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發明（設計）人: 秦嶺;張宇妍;韓啟萌;田民;尹銘;沈家鵬;高娟;段冰瑩;周磊
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: H02M3/155
• 分類號: H02M3/155
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種低電容電壓應力的二次型Boost變換器，包括直流電壓源、兩個電感、開關管、三個二極管、兩個電容和負載，開關管的漏極與第二電感的一端、第二二極管的陽極和第三二極管的陰極連接；第一電容的陽極與第一二極管的陰極、第二電感的另一端、第二電容的陰極連接；第一電感的一端與第一二極管的陽極和第三二極管的陽極連接；第二電容的陽極與第二二極管的陰極、負載的一端連接；直流電壓源的正極與第一電感的另一端、第一電容的陰極連接，直流電壓源的負極與開關管的源極、負載的另一端連接；第一電感和第二電感均工作于CCM模式。該變換器只有一個開關管且具有高增益、低電容電壓應力等特點，特別適用于高電壓大功率應用場合。

技術領域

本申請涉及電氣技術領域，尤其涉及一種低電容電壓應力的二次型Boost變換器。

背景技術

由于光伏電池、燃料電池和蓄電池等直流電源的輸出電壓較低，甚至低于48V，而針對AC220V電網，半橋、全橋并網逆變器的輸入一般為DC760V和DC380V，如何實現高增益升壓變換是可再生能源并網發電系統中需解決的主要問題之一。

當工作占空比D趨近于1時，基本Boost變換器的增益在理論上趨于無窮大，但在實際工程應用中存在如下問題：①開關管及二極管的電壓、電流應力大；②開關損耗、二極管反向恢復損耗大，導致變換效率低；③dv/dt大，導致電磁干擾(EMI)嚴重；④抗輸入電壓擾動能力及動態性能差。基于上述原因，基本Boost變換器一般用于電壓增益小于4的場合。為了在提高電壓增益的同時，仍能取得較高的變換效率，各國學者提出了很多高增益變換器拓撲。采用具有合適匝比的耦合電感，可以顯著提高Boost變換器的電壓增益，但耦合電感的原邊漏感會和功率管的結電容產生諧振，進而增大其電壓應力并降低系統變換效率，且EMI問題也更加突出。采用有源鉗位電路可有效抑制功率管電壓尖峰，并回收漏感能量，且能實現功率管的ZVS軟開關。然而，其電路結構較為復雜，成本增加。采用Boost變換器級聯，能夠實現傳統Boost變換器電壓增益的平方倍，且變換效率較高，但主電路含有兩個開關管及其驅動裝置，拓撲較復雜，成本較高。為此，有學者提出復用前后級Boost變換器的開關管，從而實現單開關控制。具體的，請參照圖1，圖1為傳統二次型Boost變換器，與Boost變換器級聯系統相比，該變換器具有相同的電壓增益，且減少了開關管數量，降低了系統的控制難度和復雜程度。然而，其電容的電壓應力和原級聯系統相同，均遠遠高于輸入電壓，增加了電容選型難度并降低了系統效率。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種低電容電壓應力的二次型Boost變換器。本發明提供的二次型Boost變換器在高輸出電壓應用場合可采用較低額定電壓的電容，而無需電容串聯分壓，從而降低了電容數量，減小了系統體積和成本。

為了實現上述目的，本發明提供了一種低電容電壓應力的二次型Boost變換器，包括直流電壓源、第一電感、第二電感、開關管、第一二極管、第二二極管、第三二極管、第一電容、第二電容和負載，其中：

所述開關管的漏極與所述第二電感的一端、所述第二二極管的陽極和所述第三二極管的陰極連接；

所述第一電容的陽極與所述第一二極管的陰極、第二電感的另一端、第二電容的陰極連接；

所述第一電感的一端與所述第一二極管的陽極和所述第三二極管的陽極連接；

所述第二電容的陽極與所述第二二極管的陰極、所述負載的一端連接；

所述直流電壓源的正極與所述第一電感的另一端、所述第一電容的陰極連接，所述直流電壓源的負極與所述開關管的源極、所述負載的另一端連接；

所述第一電感和所述第二電感均工作于電流連續模式；

所述低電容電壓應力的二次型Boost變換器的電壓增益為1/(1-D)²，其中D為所述開關管的導通占空比。

進一步的，開關管為N溝道MOS管。