[發明專利]Boost+Cuk混合型DC-DC變換器

在審

• 申請號: 202010951443.4
• 申請日: 2020-09-11
• 公開（公告）號: CN112054675A
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 岳舟;成蒙
• 申請（專利權）人: 湖南人文科技學院
• 主分類號: H02M3/156
• 分類號: H02M3/156;H02M1/32
• 代理公司: 長沙軒榮專利代理有限公司 43235
• 代理人: 李喆

本發明提供了一種Boost+Cuk混合型DC?DC變換器，包括：輸入電源；第一電感，所述第一電感的第一端與所述輸入電源的正極端電連接；功率開關管，所述功率開關管的源極端與所述第一電感的第二端電連接，所述功率開關管的漏極端與所述輸入電源的負極端電連接；第一二極管，所述第一二極管的正極端與所述功率開關管的源極端電連接；第二二極管，所述第二二極管的負極端與所述功率開關管的漏極端電連接；第一電容，所述第一電容的正極端與所述第一二極管的負極端電連接。本發明所提供的Boost+Cuk混合型DC?DC變換器，實現了在單功率開關管的幫助下提供連續的電流工作模式，降低了功率開關管和二極管的電壓應力，具有更高的電壓增益。

技術領域

本發明涉及電力電子變換裝置技術領域，特別涉及一種Boost+Cuk混合型DC-DC變換器。

背景技術

由于能源需求的增加，大量的常規能源被消耗，因為它們的二氧化碳排放，對生態環境造成了非常大的影響。因此，所有國家都熱衷于用非常規能源取代常規能源。目前研究人員正在研究與探索功率變換器和接口電路，以滿足這種轉移。風能、光伏(PV)和氫燃料電池(FC)等非常規能源是滿足商業和工業需求的主要能源。光伏發電系統由串聯和并聯的光伏組件組成，這些組件通過DC-DC變換器饋入所需的直流電壓，然后通過逆變器將直流轉換為交流電源。針對高效率光伏系統，市場上出現了一種雙功率級微逆變器(高電壓增益DC-DC變換器+DC-AC逆變器)。在許多工業應用中，如汽車、電信和航運行業，系統需要具有較大輸入電流的更高電壓增益DC-DC變換器。這些變換器通常將電壓范圍從24–60V提高到100–300V。例如，汽車前照燈需要48/100/120V的電壓范圍，但車輛電池容量只能提供12/24/48V。對于這些情況，建議使用高電壓增益的變換器。根據理論計算，傳統的Boost變換器具有較高的電壓增益。然而，在實際情況下，由于電感飽和限制，其電壓增益是有限的。此外，任何需要提供高輸出電壓和高功率轉換的DC-DC變換器，都會產生較大的輸入電流。因此，需要金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)和二極管來處理電壓應力。

在一些文獻中已經提出了許多單開關變換器拓撲來提供高電壓增益，但這些變換器的電壓增益有一定的限制，主要是由于電感、功率半導體開關和寄生元件。因此，有研究人員采用帶升壓變壓器的變換器來解決這個問題(反激變換器)。對于大功率的應用，可以用大電流來實現，所以這不是最有效的方法。對于高電壓增益，還提出了使用帶有前向和抽頭電感連接變換器單個開關的其它嘗試。雖然這些變換器通過變壓器匝數比的調整具有可控的自由度，但考慮到變壓器的尺寸，變換器的體積太大。高電壓增益二次型變換器也是一個選擇。然而，二次型變換器在一級半導體上有很高的電壓應力。阻抗型(采用兩個電感和兩個電容)源極變換器可以實現高增益的Buck-Boost電壓變換，但需要一個高電壓工作的功率開關管來實現直通和非直通操作。

由耦合電感累積的變換器拓撲結構產生高效率的高電壓增益變換，這里，電壓增益是通過改變變換器開關占空比來處理的，就像隔離型變換器一樣。盡管這種拓撲獲得了高電壓增益，但由于耦合電感的漏感，功率開關管可能會產生高電壓尖峰。通過增加一個耦合電感的高電壓變換比建立了無源和有源箝位方法，但是，這種變換器在成本和體積方面效率低下。最近，Banaei等人提出了一種開關電壓應力較小的單開關變換器，盡管變換器可以在所有占空比下保持連續的輸入電流，但一次功率開關管電壓應力嚴格等于變換器輸出電壓，這導致了較高的導通損耗。在所有的變換器拓撲中，級聯Boost變換器類型有助于在全電壓增益范圍內以最小占空比獲得更高的增益。然而，在這種拓撲結構中，主開關具有更高的電壓應力。在此基礎上，有專家和學者提出了幾種單開關Boost變換器拓撲，其主要方法是使用較少的磁性元件，減小尺寸、重量、導通損耗以及節約成本。這些方法在功率開關管上有更高的電壓應力(幾乎與輸出電壓相同)。因此，這些變換器仍然面臨著巨大的挑戰，如對更大占空比的高增益要求、輸出二極管反向恢復的復雜性、更高的開關電壓應力和令人滿意的效率。

發明內容