[發明專利]一種單開關高增益耦合電感Boost變換器

在審

• 申請號: 202110928717.2
• 申請日: 2021-08-13
• 公開（公告）號: CN113904539A
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發明（設計）人: 張民;周明珠;韋正怡;王鳳蓮;曹益暢;趙振偉;袁成功;丁新平
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07;H02M1/32;H02M1/00
• 代理公司: 青島高曉專利事務所(普通合伙) 37104
• 代理人: 黃曉敏

本發明屬于DC?DC變換設備技術領域，涉及到一種單開關高增益耦合電感Boost變換器，包括電源、功率開關管、第一儲能電容、第二儲能電容、輸出電容、第一二極管、第二二極管、三耦合繞組、輸入電感和負載；其中三耦合繞組由第一耦合電感、第二耦合電感和第三耦合電感組成，第一耦合電感的同名端分別與第二耦合電感的異名端、第三耦合電感的同名端相連，另一端分別與輸出電容的正極、負載的正極相連；第二耦合電感的同名端與第一二極管的負極相連；第三耦合電感的異名端與第一儲能電容的正極相連；其整體設計合理、使用安全、操作簡單，使用的器件較少、設計成本低，減少了器件損耗，提高了電路的工作效率，具有較大的應用潛力。

技術領域：

本發明屬于DC-DC變換設備技術領域，涉及到一種單開關高增益耦合電感Boost變換器。

背景技術：

目前，能源危機和環境污染問題的不斷加劇，促進了清潔能源與綠色能源的快速發展。伴隨著諸如太陽能等清潔能源發電趨勢的迅猛發展，清潔能源發電得到越來越多的關注和應用。其中以光伏電池、燃料電池、風力發電等為甚。在實際的應用中，這些電能轉換電路結構都必須具有效率高、升壓增益高等特點，但是由于能源轉換過程中單個模塊的升壓能力太低，無法得到較高的輸出電壓。

例如，光伏電源便是應用較為廣泛的清潔能源之一，但是由于單塊光伏板的輸出電壓較低(18-56V)，不能為后級的逆變并網裝置提供足夠的電壓，解決方法之一就是將光伏板串并聯使用，以提高電壓等級和功率等級，但是這樣會使系統的故障率提高，一塊光伏板故障會導致整個系統無法正常運行。

所以研究如何利用一個獨立的模塊得到穩定的高增益輸出電壓，成為了一個亟待解決的問題。在現有的研究中，已經有傳統的可以達到升壓目的拓撲結構，例如Boost、Buck-Boost、Sepic等，他們結構簡單且易于控制，但是需要電路會長時間工作在極限占空比的情況下，這是難以實現的，所還是無法達到較高、較理想的電壓增益和較高的效率。隨著研究的深入，出現了一些新型的拓撲結構，它們通過引入開關電感、耦合電感等單元模塊或是變換器的級聯來達到高電壓增益的目的，但是依然存在一些不足之處，比如由于漏感的存在，會使器件承受較高的電壓尖峰，還有就是由于器件數量的增加，會使得變換器本身的成本提高，體積增大、控制難度增大，效率偏低。因此，尋找一種在較低直通占空比下能夠獲得較高的升壓增益且結構簡單、工作效率高的DC-DC變換電路已經成為該領域的研究熱點。

發明內容：

本發明的目的在于克服現有技術存在的缺點，設計提供一種單開關高電壓增益耦合電感Boost變換器，實現高效率高電壓增益，同時減少主開關器件的電壓應力。

為了實現上述目的，本發明所述單開關高電壓增益耦合電感Boost變換器包括電源、功率開關管、第一儲能電容、第二儲能電容、輸出電容、第一二極管、第二二極管、三耦合繞組、輸入電感和負載；其中三耦合繞組由第一耦合電感、第二耦合電感和第三耦合電感組成，第一耦合電感的同名端分別與第二耦合電感的異名端、第三耦合電感的同名端相連，另一端分別與輸出電容的正極、負載的正極相連；第二耦合電感的同名端與第一二極管的負極相連；第三耦合電感的異名端與第一儲能電容的正極相連；負載的負極分別與第二儲能電容負極、輸出電容負極和第二二極管的負極相連，正極分別與第一耦合電感的異名端和輸出電容正極相連；輸入電感的一端與電源的正極連接，另一端與第一二極管的正極、功率開關管的漏極、第二儲能電容的正極連接；第一儲能電容的負極分別與功率開關管的源極、電源的負極連接；第二儲能電容的正極與功率開關管的漏極相連，第二儲能電容的負極分別與第二二極管的正極和儲能電容的負極連接。

本發明所述第一耦合電感、第二耦合電感和第三耦合電感的耦合繞組匝比為1:n₁:n₂，其中n₁＝N₂/N₁，n₂＝N₃/N₁。