[發(fā)明專利]基于開關(guān)電感/電容的電容鉗位H型升壓變換器

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111235897.2
• 申請(qǐng)日: 2021-10-22
• 公開（公告）號(hào): CN113938002A
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周禮鋒;沈致遠(yuǎn);戚志東;徐勝元;張揚(yáng);孫成碩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M3/04
• 分類號(hào): H02M3/04;H02M3/07
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 朱沉雁

本發(fā)明公開了一種基于開關(guān)電感/電容的電容鉗位H型升壓變換器，屬于電力電子變換器領(lǐng)域。該變換器在Boost變換器的基礎(chǔ)上，結(jié)合由電感、電容、二極管組成的改進(jìn)型開關(guān)電感單元、由功率開關(guān)管和電容組成的電容鉗位H型結(jié)構(gòu)、由二極管和電容組成的開關(guān)電容單元，通過控制兩個(gè)功率開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷，可以改變二極管的通斷情況、電路中電感電容的連接方式，從而達(dá)到提升電壓增益的效果。本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)高電壓增益的同時(shí)避免極限占空比的出現(xiàn)，提高了電路的安全性和可靠性，開關(guān)器件承受的電壓應(yīng)力較低，有助于降低開關(guān)器件的導(dǎo)通損耗，適用于燃料電池、光伏電池等新能源發(fā)電系統(tǒng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力電子變換器領(lǐng)域，具體涉及一種基于開關(guān)電感/電容的電容鉗位H型升壓變換器。

背景技術(shù)

能源是人類社會(huì)賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、綜合國(guó)力提升有著重要的推動(dòng)作用。但是，隨著世界經(jīng)濟(jì)與科技的快速發(fā)展，傳統(tǒng)能源消耗日益加重，能源短缺和能源過度使用所造成的環(huán)境污染逐漸成為威脅著人類的生存與發(fā)展的兩大主要問題。開發(fā)高效、經(jīng)濟(jì)、清潔、可持續(xù)的能源已經(jīng)成為人類杜會(huì)可持續(xù)發(fā)展的核心命題。

近年來，氫能作為未來綠色可持續(xù)發(fā)展的新型能源，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛引用，對(duì)氫能應(yīng)用技術(shù)的研究逐漸成為新能源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是一種經(jīng)過電化學(xué)反應(yīng)將氫能直接轉(zhuǎn)化為電能的新型發(fā)電裝置，具有零排放、低溫運(yùn)行、低噪音、啟動(dòng)速度快、高比能量等優(yōu)點(diǎn)，在新能源汽車、備用電源、航艦電源、固定電源、便攜式電源以及熱電供應(yīng)系統(tǒng)等工業(yè)領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用前景。但PEMFC的輸出電壓低、動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢、輸出電壓波動(dòng)較大等缺點(diǎn)，使得燃料電池?zé)o法達(dá)到電動(dòng)汽車或其他工業(yè)用電的輸入需求。為了解決這些問題，提高PEMFC的適用性，需要研究設(shè)計(jì)適用的高增益DC/DC升壓變換器將燃料電池輸出的大范圍變化、不穩(wěn)定的低壓直流電轉(zhuǎn)換為高質(zhì)量、高電壓、穩(wěn)定的直流電。

高增益升壓變換器通常分為隔離型和非隔離型。在隔離型變換器中，通過設(shè)置高頻變壓器的匝比可以使變換器獲得較高的電壓增益。但是過高的匝比會(huì)影響變壓器的線性度，同時(shí)也會(huì)增加變壓器的漏感，進(jìn)而降低變換器的工作效率。與隔離型DC/DC變換器相比，非隔離型DC/DC變換器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)換效率高且成本低，被廣泛應(yīng)用于大功率或中等功率的場(chǎng)合。在非隔離型拓?fù)渲校珺oost變換器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈活，是目前最常用的非隔離型DC/DC升壓變換器。但是Boost變換器需要極大的占空比來實(shí)現(xiàn)高升壓比，占空比過大會(huì)給輸出側(cè)二極管造成嚴(yán)重的反向恢復(fù)問題，而且開關(guān)器件的損耗較大，影響變換器的效率。為提高變換器的升壓比，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者進(jìn)行了大量研究，并提出了很多解決方案。目前最常用的解決方案是通過引入開關(guān)電容/電感單元、耦合電感單元等方法對(duì)Boost變換器進(jìn)行改進(jìn)。基于耦合電感的升壓變換器是通過改變耦合電感繞組匝比來實(shí)現(xiàn)較高的電壓增益，但是由于漏感的影響，需要引入箝位電路抑制開關(guān)管關(guān)斷電壓尖峰；基于開關(guān)電感單元的升壓變換器拓展了電壓增益范圍，但是功率器件電壓應(yīng)力依然較大且增益有限；基于開關(guān)電容單元的升壓變換器中開關(guān)器件的電壓應(yīng)力較小，但電壓增益有限，僅為傳統(tǒng)Boost變換器的兩倍。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于開關(guān)電感/電容的電容鉗位H型升壓變換器，通過控制兩個(gè)功率開關(guān)管交錯(cuò)導(dǎo)通，改變電路中電感電容的連接方式、二極管的通斷情況，從而達(dá)到控制電感電容充放電和提升電壓增益的效果。