[發明專利]一種含耦合電感的交錯高降壓比變換器

在審

• 申請號: 202111472187.1
• 申請日: 2021-12-04
• 公開（公告）號: CN114142729A
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 王曉東;王憲萍;楊林濤;王嬋瓊;王紅斌;倪喜軍
• 申請（專利權）人: 國網山西省電力公司長治供電公司
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158;H02M1/08
• 代理公司: 南京品智知識產權代理事務所(普通合伙) 32310
• 代理人: 陸群

本發明屬于變流器技術領域，涉及一種含耦合電感的交錯高降壓比變換器。包括兩個開關(S₁、S₂)，兩個主二極管(D₅、D₆)，四個輔助二極管(D₁、D₂、D₃、D₄)，兩對耦合電感(n₁₁、n₁₂和n₂₁、n₂₂)和五個電容(C₁、C₂、C₃、C₄、C_o)；該變換器通過選擇合適的耦合電感匝數比，可以在延長工作占空比的同時實現較低的轉換比，并采用交錯技術和元件重排技術來減小功率器件電壓應力；此外，與傳統的Buck電路相比，該變換器具有更高的效率。本方面解決傳統Buck電路降壓比小、功率器件電壓應力大的問題。

技術領域

本發明屬于變流器技術領域，涉及一種含耦合電感的交錯高降壓 比變換器。

背景技術

DC-DC變換器廣泛應用于現代電力電子應用，包括電動汽車、 電壓調節器模塊、電池變流器等領域。由于其廣泛的應用，提高這些 變換器的效率和性能顯得非常需要。隔離變換器拓撲由于變壓器的存 在，其重量、成本和損耗等等都會增加。因此，Boost和Buck變換 器這種非隔離拓撲結構廣泛應用于升降壓場合。傳統Buck變換器由 于結構簡單、成本低、技術成熟等因素，是非隔離降壓DC-DC拓撲 結構中最受歡迎的一種。然而，傳統的DC-DC降壓變換器在高降壓 應用中存在一些主要缺陷，如：高降壓應用場合時極低的占空比迫使研究人員設計輸出濾波器，高功率損耗，這會大大降低變換器的效率。 許多的研究學者將目光投向非隔離高升降壓比的DC-DC變換器。最 開始的時候，兩級變流器是實現高降壓比的重要途經，通過兩個降壓 變換器級聯將電壓水平從高壓降到中壓，再從中壓降到低壓，但是這 樣的電路拓撲過于復雜，元件數量多且成本高，效率也在級聯后變得 較低。將耦合電感器引入的Buck變換器中，通過增加其耦合電感的 繞組匝數來實現更高的降壓電壓轉換比，雖然獲得高降壓比，但也存 在諸多缺點，比如輸入電流紋波大，耦合電感初級繞組側開關的電流 應力大，泄露電感大，從而在開關上產生高的電壓尖峰。為了獲得更 高的降壓比，延長占空比，引入了帶抽頭電感的Buck變換器，與耦 合電感類似，這種變換器可以獲得更高的降壓比，但是兩個繞組之間 的漏感會在開關上引起嚴重的電壓尖峰，從而降低變換器的效率，而 電流紋波大的問題依然存在。

發明內容

本發明的目的是針對上述不足之處提供一種含耦合電感的交錯 高降壓比變換器，該變換器通過選擇合適的耦合電感匝數比，可以在 延長工作占空比的同時實現較低的轉換比，并采用交錯技術和元件重 排技術來減小功率器件電壓應力；解決了傳統Buck電路降壓比小、 功率器件電壓應力大的問題。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種含耦合電感的交錯高降壓比變換器，包括兩個開關(即第一 開關S₁和第二開關S₂)，兩個主二極管(即第一主二極管D₅和第二 主二極管D₆)，四個輔助二極管(即第一輔助二極管D₁、第二輔助二 極管D₂、第三輔助二極管D₃、和第四輔助二極管D₄)，兩對耦合電感(即第一耦合電感n₁₁、n₁₂和第二耦合電感n₂₁、n₂₂)和五個電 容(第一電容C₁、第二電容C₂、第三電容C₃、第四電容C₄、和第五 電容C_o)；

所述第五電容C_o為輸出電容器，連接直流母線正負節點；