一种三绕组耦合电感倍压式单开关管升压直流变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种三绕组耦合电感倍压式单开关管升压直流变换器，属于电力电子变换器的技术领域。变换器包括：驱动单元、第一倍压单元、第二倍压单元以及输出单元，驱动单元、第一倍压单元、第二倍压单元共用一个开关管，简化了控制，提高了变换器功率密度，以较小的占空比和耦合电感匝比实现了较高的电压增益，扩展了变换器的应用范围。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种三绕组耦合电感倍压式单开关管升压直流变换器，属于电力电子变换器的
变换器包括：驱动单元、第一倍压单元、第二倍压单元以及输出单元，驱动单元、第一倍压单元、第二倍压单元共用一个开关管，简化了控制，提高了变换器功率密度，以较小的占空比和耦合电感匝比实现了较高的电压增益，扩展了变换器的应用范围。【专利说明】-种H绕组輔合电感倍压式单开关管升压直流变换器
本专利技术公开了 一种=绕组禪合电感倍压式单开关管升压直流变换器，尤其是一种 适用于高电压增益场合的升压直流变换器，属于电力电子变换器的

技术介绍
在不间断电源（UPS)Uninterr叩tible Power Supply)系统、高压气体放电灯 化ID，High Intensity Discharge)系统、燃料电池及太阳能电池等新能源发电系统中，需 要将较低的直流电压变换为较高的直流电压W供使用。传统的boost变换器在理论上可W 采用极限占空比W获得很大的电压增益，然而在实际应用中，由于器件寄生参数的影响，在 采用较大占空比（大于0.8)时，其转换效率大大下降。典型的正激和反激变换器可W通过调 节应比实现高电压增益，但是变压器的漏磁会导致开关管关断时出现较大的电压尖峰，而 且漏磁能量没有被有效利用。因此传统的boost变换器和典型的正激反激变换器均不适用 于具有高增益要求的低电压输入高电压输出场合。 为提高升压变换器的增益，申请号为201310377481.3的专利公开了一种两绕组禪 合电感倍压式单开关高增益变换器，通过在传统boost单元之后级联禪合电感倍压单元，抑 制了开关管关断时的电压尖峰，降低了开关管承受的电压应力，回收了漏感能量，提高了电 压增益。该专利公开的变换器，在开关管导通时将直流电源的能量储存在副边绕组和第二 电容中，副边绕组和第二电容储存的电能在开关管关断时向负载供电，可见，直流电源没有 直接给负载供电，电源利用率不高。在一定应数比和占空比条件下电压增益并不够大，而增 大应数比会使变换器体积和重量增加并会使禪合电感线性度变差，增大占空比会导致导通 损耗增大。原边漏感能量仅由与副边绕组连接的第二电容吸收，第二电容在短时间内承受 较大电流冲击，不利于变换器的可靠运行。
技术实现思路
1.专利技术要解决的技术问题 本专利技术的目的是针对上述
技术介绍
的不足，提供一种=绕组禪合电感倍压式单开 关管升压直流变换器，W较小的占空比和禪合电感应比实现较高的电压增益，解决现有高 增益升压变换器电压抬升能力不足、变换器转换效率不高、运行可靠性不佳的技术问题。 2.技术方案 为解决上述问题，本专利技术提供的技术方案为：[000引一种=绕组禪合电感倍压式单开关管升压直流变换器，包括:驱动单元、第一倍压 单元、第二倍压单元W及输出单元，其中， 所述驱动单元包括:第一绕组和开关管，第一绕组的第一端子与直流电压源正极 连接，第一绕组的第二端子与开关管的漏极连接，开关管的源极与直流电压源负极连接， 所述第一倍压单元为包含第二绕组的支路与所述开关管形成的回路，第二倍压单 元为包含第=绕组的支路与所述开关管形成的回路，第二绕组与第一绕组的应数比和第= 绕组与第一绕组的应数比相同， 所述输出单元:其输入端与直流电压源、第一绕组、第二绕组、第=绕组组成的支 路相连接，输出端在开关管关断时向负载提供升压后的直流电。 作为所述=绕组禪合电感倍压式单开关管升压直流变换器的进一步优化方案： 第一倍压单元中，包含第二绕组的支路包括:第二绕组、第二电容、第=电容、第二 二极管，所述第二绕组的第一端子与第二电容一极连接，第二电容另一极与开关管漏极连 接，开关管源极与第=电容一极连接，第=电容另一极与第二二极管阳极连接，第二二极管 阴极与第二绕组的第二端子连接，第二绕组的第一端子和第一绕组的第一端子互为同名 JLjJU 乂而。 第二倍压单元中，包含第=绕组的支路包括:第=绕组、第四电容、第一电容、第四 二极管，所述第=绕组的第一端子与第四电容一极连接，第四电容另一极与开关管源极连 接，开关管漏极与第一电容一极连接，第一电容另一极与第四二极管阴极连接，第四二极管 阳极与第=绕组的第二端子连接，第=绕组的第二端子和第一绕组的第一端子互为同名 JLjJU 乂而。 再进一步，所述=绕组禪合电感倍压式单开关管升压直流变换器中，第一倍压单 元还包括第一二极管，所述第二倍压单元还包括第=二极管，第一二极管阳极和第二电容 与开关管漏极的连接点相连，第一二极管阴极和第二二极管阳极与第=电容的连接点相 连，第=二极管阳极和第一电容与第四二极管阴极的连接点相连，第=二极管阴极和第四 电容与开关管源极的连接点相连。 更进一步，所述=绕组禪合电感倍压式单开关管升压直流变换器中，输出单元包 括:输出二极管、输出电容，所述输出二极管阳极和第二绕组第二端子与第二二极管阴极的 连接点相连，输出二极管阴极接输出电容一极，输出电容另一极和第=绕组第二端子与第 四二极管阳极的连接点相连。 作为所述=绕组禪合电感倍压式单开关管升压直流变换器的进一步优化方案，所 述=绕组禪合电感由=绕组理想变压器、折合到=绕组理想变压器原边的漏感和并接到原 边的励磁电感等效表示。[001引 3.有益效果 采用本专利技术提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果： (1)利用=绕组禪合电感的第一绕组和开关管组成驱动单元，利用第二绕组、第= 绕组与电容、二极管组成两个结构对称的倍压单元，W较小的占空比和禪合电感应比实现 了较高的电压增益，驱动单元与两个倍压单元电路共地且只有一个开关管，简化了控制，提 高了变换器功率密度； (2)两个倍压单元在开关管关断时各形成一个吸收禪合电感漏感能量的支路，抑 制了开关管关断时的电压尖峰，减小了开关管的电压应力，同时降低了其它功率器件的电 压应力，提高了变换器可靠性； (3)开关管关断时，直流电压源经过=个绕组直接向负载供电，提高了电源转换 率，且进一步提高了增益； (4)较小的占空比可使输入电流峰值低、输入电流纹波小，同时减小导通损耗，较 小的应比避免了磁屯、因应比过高导致线性度变差的问题，并且由于禪合电感的作用，既增 加了输出电压增益，又减轻了二极管反向恢复的问题，减小损耗。【附图说明】 图1为本专利技术变换器的主电路拓扑结构图。 图2为本专利技术变换器一个开关周期中主要器件的电压/电流波形图。图3(a)为变换器工作模态图之一。 图3(b)为变换器工作模态图之二。 图3(c)为变换器工作模态图之S。 图3(d)为变换器工作模态图之四。 图3 (e)为变换器工作模态图之五。 图3(f)为变换器工作模态图之六。 图4为本专利技术变换器与Flyback变换器、前述专利已公开变换器的电压增益随占空 比变化的关系图。[00削图中标号说明：Vin为直流电压源，Ni、N2、N3分别为禪合电感的第一绕组、第二绕组、 第=绕组，1为第一端子，2为第二端子，Lm为励磁电感，Lk为漏感，S为开关管，Cl、C2、C3、C4分 别为第一电容、第二电容、第S电容、第四电容，Dl、化、03、04分别为第一二极管、第二二极 管、第=二极管、第四二极管，Dd为输出二极管，Cd为输出电容，R为负载，Cd。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三绕组耦合电感倍压式单开关管升压直流变换器，其特征在于，包括：驱动单元、第一倍压单元、第二倍压单元以及输出单元，其中，所述驱动单元包括：第一绕组和开关管，第一绕组的第一端子与直流电压源正极连接，第一绕组的第二端子与开关管的漏极连接，开关管的源极与直流电压源负极连接，所述第一倍压单元为包含第二绕组的支路与所述开关管形成的回路，第二倍压单元为包含第三绕组的支路与所述开关管形成的回路，第二绕组与第一绕组的匝数比和第三绕组与第一绕组的匝数比相同，所述输出单元：其输入端与直流电压源、第一绕组、第二绕组、第三绕组组成的支路相连接，输出端在开关管关断时向负载提供升压后的直流电。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡雪峰，李琳鹏，李永超，章家岩，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34