带耦合电感的高效率高增益DC-DC变换器制造技术

本实用新型专利技术提供一种带耦合电感的高效率高增益DC-DC变换器，以直流电源、开关管、第一二极管、第二二极管、第四二极管、第五二极管、第一电感、第二电感、第一电容、第三电容和第四电容构成倍压输出的输入级Boost变换器；以第一电容、开关管、第三二极管、第二电容、第五电容、第六电容、耦合电感和负载构成带有耦合电感的输出级Boost变换器。输入Boost变换器引入第二电感作为谐振电感，输出Boost变换器采用耦合电感，实现了开关管的零电流开通，同时实现了每个二极管的零电流关断。该变换器增益极高，可达到2(2+N)/(1-D)2，且开关管的电压应力很低，仅为输出电压的1/(2+N)。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术提供一种带耦合电感的高效率高增益DC-DC变换器，以直流电源、开关管、第一二极管、第二二极管、第四二极管、第五二极管、第一电感、第二电感、第一电容、第三电容和第四电容构成倍压输出的输入级Boost变换器；以第一电容、开关管、第三二极管、第二电容、第五电容、第六电容、耦合电感和负载构成带有耦合电感的输出级Boost变换器。输入Boost变换器引入第二电感作为谐振电感，输出Boost变换器采用耦合电感，实现了开关管的零电流开通，同时实现了每个二极管的零电流关断。该变换器增益极高，可达到2(2+N)/(1-D)2，且开关管的电压应力很低，仅为输出电压的1/(2+N)。【专利说明】带耦合电感的高效率高增益DC-DC变换器
本技术涉及高增益非隔离型DC-DC变换器领域，具体涉及一种带耦合电感的高效率高增益DC-DC变换器。
技术介绍
近年来，高增益非隔离型DC-DC变换器广泛用于UPS、分布式光伏发电和电池储能系统。目前，高增益非隔离型DC-DC变换器主要有开关电容型、开关电感型，通过增加开关电容或电感来实现电压的升高，但难以实现软开关，降低了变换器的效率。二次型Boost变换器可以实现高增益，同样受到很大的青睐，但开关管的电压应力非常大，限制了电压的进一步提高。此外，通过耦合电感也可以实现很高的增益，然而耦合电感的漏感若不加以控制，会增加开关管的电压应力和能量损耗。
技术实现思路
本技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种带耦合电感的高效率高增益DC-DC变换器变换器。本技术采用的技术方案是:带耦合电感的高效率高增益DC-DC变换器变换器，包括以直流电源、开关管、第一二极管、第二二极管、第四二极管、第五二极管、第一电感、第二电感、第一电容、第三电容和第四电容构成的倍压输出的输入级Boost变换器；以第一电容、开关管、第三二极管、第六二极管、第七二极管、第二电容、第五电容、第六电容、耦合电感和负载构成的带有耦合电感的输出级Boost变换器。所述变换器中，第一电感的一端同时与直流电压的正极、第三电容的负极相连接，第一电感的另一端同时与第四二极管的阳极、第二二极管的阳极、第二电感的一端相连接，第二电感的另一端与第四电容的负极相连接，第三电容的正极同时与第四二极管的阴极、第五二极管的阳极相连接，第四电容的正极与第五二极管的阴极、第一二极管的正极相连接；耦合电感的原边的一端同时与第一二极管的阴极、第一电容的正极、第五电容的负极相连接，耦合电感的原边的另一端同时与副边的非同名端、开关管的漏极、第六二极管的阳极相连接，耦合电感的副边的另一端与第二电容的负极相连接，第五电容的正极同时与第六二极管的阴极、第七二极管的阳极相连接，第二电容的正极与第七二极管的阴极、第三二极管的阳极相连接，第三二极管的阴极同时与第六电容的正极、负载的一端相连接，负载的另一端与直流电源的负极、第一电容的阴极、开关管的源极、第六电容的负极相连接。当开关管开通时，直流电源给第一电感充电，直流电源和第三电容共同给第四电容充电，第一电容给稱合电感的原边充电，第一电容和第五电容共同给第二电容充电，同时第六电容给负载供电；当开关管关断时，第一电感给第三电容充电，直流电源、第一电感和第四电容共同给第一电容充电，稱合电感的原边给第五电容充电，同时直流电源、第一电感、第四电容、耦合电感的原边、副边、第二电容共同给第六电容和负载供电。变换器的工作模式包括第一电感的电流和耦合电感的电流均工作于连续导通模式(L1-C-CCM模式)、第一电感的电流工作于连续导通模式而耦合电感的电流工作于断续导通模式(L1-CCM-C-DCM模式)。与现有技术相比，本技术具有的优势为:增益为2(2+N)/(l_D)2，且开关管的电压应力低，仅为输出电压的1/(2+Ν)，实现了开关管的零电流开通，提高了变换器的效率，同时实现了每个二极管的零电流关断，很好的解决了每个二极管的反向恢复问题。与开关电容型和开关电感型相比，实现了软开关，提高了效率；与二次型Boost变换器相比，降低了开关管的应力；与现有的耦合电感相比，很好的利用了漏感，进一步提高电压，降低开关管的应力，实现软开关。【专利附图】【附图说明】图1是本技术的带耦合电感的高效率高增益DC-DC变换器结构图；图2是图1所示的带耦合电感的高效率高增益DC-DC变换器的等效电路图；图3是图1所示的带耦合电感的高效率高增益DC-DC变换器工作于L1-C-CCM模式下关键电流波形图；图4a~图4f分别是图1所示的带耦合电感的高效率高增益DC-DC变换器工作于L1-C-CCM模式下的六种工作模态。【具体实施方式】为进一步阐述本技术的内容和特点，以下结合附图对本技术的具体实施方案进行具体说明。但本技术的实施不限于此。参考图1，本技术的带耦合电感的高效率高增益DC-DC变换器，以直流电源Vin、开关管Q、第一二极管D1、第二二极管D2、第四二极管Dm1、第五二极管Dm2、第一电感L1、第二电感Lp第一电容C1、第三电 容Cmi和第四电容Cm2构成的倍压输出的输入级Boost变换器；以第一电容C1、开关管Q、第三二极管D。、第六二极管D。、第七二极管W、第二电容C2、第五电容C。、第六电容C。、稱合电感(Ivn2)和负载R构成的带有稱合电感的输出级Boost变换器。其中，第一电感L1的一端同时与直流电压Vin的正极、第三电容Cmi的负极相连接，第一电感L1的另一端同时与第四二极管Dmi的阳极、第二二极管D2的阳极、第二电感L的一端相连接，第二电感L的另一端与第四电容Cm2的负极相连接，第三电容Cmi的正极同时与第四二极管Dmi的阴极、第五二极管Dm2的阳极相连接，第四电容Cm2的正极与第五二极管Dm2的阴极、第一二极管D1的正极相连接；耦合电感(n1:n2)的原边Ii1的一端同时与第一二极管01的阴极、第一电容C1的正极、第五电容C。的负极相连接，耦合电感(n1:n2)的原边Ii1的另一端同时与副边n2的非同名端、开关管Q的漏极、第六二极管D。的阳极相连接，耦合电感Cn1In2)的副边n2的另一端与第二电容C2的负极相连接,第五电容C。的正极同时与第六二极管D。的阴极、第七二极管^的阳极相连接，第二电容C2的正极与第七二极管^的阴极、第三二极管D。的阳极相连接，第三二极管D。的阴极同时与第六电容C。的正极、负载R的一端相连接，负载R的另一端与直流电源Vin的负极、第一电容C1的阴极、开关管Q的源极、第六电容C。的负极相连接。下面以图1为主电路结构，以图2所示等效电路为对象，结合图3~图4叙述本技术的具体工作原理。以变换器工作在L1-C-CCM模式为例进行说明:图3中Vt1阶段，开关管Q开通，电流路径如图4a所示，直流电源Vin通过开关管Q和第二二极管D2给第一电感L1充电，直流电源Vin和第三电容Cmi经过开关管Q和第五二极管Dm2、第二二极管D2共同给第四电容Cm2充电，第二电感L发生谐振，第一电容C1经开关管Q给励磁电感L111和原边漏感Lkl充电，励磁电感L111经副边绕组n2感应，和第一电容Cp第五电容C。经开关管Q和第七二极管W共同给第二电容C2充电，同时第六电本文档来自技高网...

【技术保护点】
带耦合电感的高效率高增益DC‑DC变换器，其特征在于包括：以直流电源（Vin）、开关管（Q）、第一二极管（D1）、第二二极管（D2）、第四二极管（DM1）、第五二极管（DM2）、第一电感（L1）、第二电感（Lr）、第一电容（C1）、第三电容（CM1）和第四电容（CM2）构成的倍压输出的输入级Boost变换器；以第一电容（C1）、开关管（Q）、第三二极管（Do）、第六二极管（Dc）、第七二极管（Dr）、第二电容（C2）、第五电容（Cc）、第六电容（Co）、耦合电感（n1:n2）和负载（R）构成的带有耦合电感的输出级Boost变换器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张波，付坚，丘东元，肖文勋，黄子田，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东;44