[發(fā)明專利]高電壓增益直流升壓變換器及其控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010716059.6
• 申請日: 2020-07-23
• 公開（公告）號: CN111953204B
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曹國恩;王一波;張瑾;王哲
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院電工研究所
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07;H02M3/158
• 代理公司: 北京瀚仁知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11482
• 代理人: 宋寶庫;屠曉旭

1.一種高電壓增益直流升壓變換器，其特征在于，該變換器包括輸入母線支撐電容、耦合電感、主開關(guān)管、電壓鉗位單元、電荷泵升電容、輔助二極管、輔助電感、輸出半橋、輸出直流濾波電容；

所述輸入母線支撐電容，用于平滑輸入的直流母線電壓并提供所述主開關(guān)管開通瞬間的脈沖電流；

所述耦合電感，用于所述主開關(guān)管開通和主開關(guān)管關(guān)斷的過程中的能量存儲和釋放，并通過其原邊繞組、副邊繞組實現(xiàn)低壓側(cè)到高壓側(cè)的能量傳遞以及通過其原邊繞組、副邊繞組匝比升高副邊電壓；

所述主開關(guān)管，通過高頻開關(guān)狀態(tài)為所述耦合電感提供交變電壓；還通過主開關(guān)管的占空比實現(xiàn)對耦合電感和電荷泵升電容中存儲能量的控制；

所述電壓鉗位單元，用于在主開關(guān)管關(guān)斷瞬間吸收漏感能量以及在主開關(guān)管關(guān)斷過程中為耦合電感存儲能量提供釋放通路；

所述電荷泵升電容，用于實現(xiàn)在所述主開關(guān)管開關(guān)過程中能量的傳遞，并吸收所述耦合電感的原邊漏感引起的尖峰電壓；

所述輔助二極管，用于在所述主開關(guān)管和所述輸出半橋的輸出開關(guān)管下管開通過程中，為所述電壓鉗位單元中的鉗位電容提供放電通路；

所述輔助電感，用于抑制所述電壓鉗位單元中的鉗位電容放電過程中的尖峰電流，通過與所述電荷泵升電容之間的諧振，減小主開關(guān)管的電流峰值和電流有效值以及與所述耦合電感副邊的漏感、輸出半橋上開關(guān)管和輸出半橋下開關(guān)管的寄生電容進行諧振，實現(xiàn)輸出半橋上開關(guān)管和輸出半橋下開關(guān)管的軟開關(guān)；

所述輸出半橋，用于為所述耦合電感的副邊電流和輸出電流提供續(xù)流通路；

所述輸出直流濾波電容，用于平滑輸出的直流母線電壓，并吸收所述輸出半橋的脈沖電流；

其中，所述主開關(guān)管，其狀態(tài)為開通時：

所述電荷泵升電容與所述輔助電感串聯(lián)諧振，所述電壓鉗位單元的鉗位電容通過串聯(lián)諧振電路進行放電且電流為正弦波形。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高電壓增益直流升壓變換器，其特征在于，所述變換器，其各模塊連接關(guān)系為：

所述輸入母線支撐電容的正極與所述耦合電感原邊繞組的非同名端相連，作為輸入電源的正極連接點；

所述耦合電感原邊繞組的同名端與副邊繞組的非同名端之間串聯(lián)所述電荷泵升電容；

所述主開關(guān)管漏極連接至所述耦合電感原邊繞組的同名端以及所述電壓鉗位單元的第一連接端；

所述電壓鉗位單元的第二連接端連接至所述輔助二極管的陽極；

所述輔助二極管的陰極與所述輔助電感串接后連接至所述耦合電感副邊繞組的非同名端；

所述輸出半橋的第一連接端連接至所述耦合電感副邊繞組的同名端，所述輸出半橋的第二連接端與所述輸出直流濾波電容的正極相連，作為輸出負載的正極連接點；

所述輸入母線支撐電容的負極、主開關(guān)管的源極、電壓鉗位單元的第三連接端、輸出半橋的第三連接端以及輸出直流濾波電容的負極連接到一起，作為輸入電源以及輸出負載的負極連接點。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高電壓增益直流升壓變換器，其特征在于，所述電壓鉗位單元包括鉗位二極管和鉗位電容；

所述鉗位二極管的陽極作為所述電壓鉗位單元的第一連接端；

所述鉗位二極管的陰極與所述鉗位電容的正極連接到一起作為所述電壓鉗位單元的第二連接端；

所述鉗位電容的負極作為所述電壓鉗位單元的第三連接端。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高電壓增益直流升壓變換器，其特征在于，所述輸出半橋包括輸出開關(guān)管下管和輸出開關(guān)管上管；

所述輸出開關(guān)管下管的漏極與所述輸出開關(guān)管上管的源極連接到一起作為所述輸出半橋的第一連接端；

所述輸出開關(guān)管上管的漏極作為所述輸出半橋的第二連接端；

所述輸出開關(guān)管下管的源極作為所述輸出半橋的第三連接端。