含三繞組內置變壓器結構的高增益無源無損箝位變換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開含三繞組內置變壓器結構的高增益無源無損箝位變換器，包括兩個輸入電感，兩個功率開關管，兩個箝位二極管，兩個輸出二極管，兩個箝位電容，一個輸出電容和一個帶有三個繞組的內置變壓器，本發(fā)明利用內置變壓器來拓展變換器的電壓增益和降低功率開關管的電壓應力，利用內置變壓器的漏感實現開關管的零電流開通和抑制輸出二極管的反向恢復電流，箝位二極管自然關斷，無反向恢復問題，箝位二極管和箝位電容組成的箝位電路有效吸收了功率開關管關斷時的電壓尖峰和實現了能量的無損轉移，電路結構簡單，控制方便，適用于高增益和高效率的光伏并網發(fā)電變換場合。
【專利說明】 含三繞組內置變壓器結構的高増益無源無損箝位變換器
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種直流一直流變換器及應用，具體說是含三繞組內置變壓器結構的高增益無源無損箝位變換器。
【背景技術】
[0002]在光伏發(fā)電系統中，由于單塊光伏電池的輸出電壓較低，而逆變并網發(fā)電所需的電壓較高，因此需要一級直流一直流變換器把低電壓直流電轉換為適合并網的高電壓直流電。在分布式光伏發(fā)電方案中，單塊光伏電池的功率容量較小，但對效率的要求較高。因此如何實現高增益、高效率且結構簡單的單級變換器，對于推動光伏產業(yè)的發(fā)展具有重要意義。
[0003]常規(guī)的升壓型(Boost)直流一直流變換器的電壓增益僅由占空比決定，電壓增益有限，難以滿足高增益的變換要求。功率開關管的電壓應力較大，難以采用低壓高性能的開關管來降低導通損耗。而且，變換器工作在硬開關狀態(tài)，開關損耗較大。為了實現變換器的軟開關動作，近年來，相繼研宄了一些通過附加有源功率開關或無源器件的軟開關方案，這些電路雖然實現了軟開關動作，但是不能降低開關管的電壓應力，也不能實現系統的高增益變換。為了提升變換器的電壓增益，通常采用開關電容的方案，但這種方案所需開關管數量較多，增加了系統成本。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明要克服現有技術的上述缺點，提供一種結構簡單，控制方便且無能量損耗的含三繞組內置變壓器結構的高增益無源無損箝位變換器。
[0005]本發(fā)明所述的含三繞組內置變壓器結構的高增益無源無損箝位變換器，其特征在于:
[0006]第一輸入電感LI的第一端和第二輸入電感L2的第一端與電源Vin的正極相連，第一輸入電感LI的第二端與第一功率開關管SI的漏極，第一箝位二極管Dcl的陽極及內置變壓器原邊繞組Tp的第一端相連，第二輸入電感L2的第二端與第二功率開關管S2的漏極，第二箝位二極管Dc2的陽極及內置變壓器原邊繞組Tp的第二端相連，第一箝位二極管IDcl的陰極與第一箝位電容Ccl的第一端及內置變壓器副邊第一繞組Tsl的第二端相連，第二箝位二極管Dc2的陰極與第二箝位電容Cc2的第一端及內置變壓器副邊第二繞組Ts2的第一端相連，電源Vin的負極與第一功率開關管SI的源極，第二功率開關管S2的源極，第一箝位電容Ccl的第二端及第二箝位電容Cc2的第二端相連；
[0007]內置變壓器副邊第一繞組Tsl的第一端與第一輸出二極管Dol的陽極相連，內置變壓器副邊第二繞組Ts2的第二端與第二輸出二極管Do2的陽極相連，第一輸出二極管Dol的陰極與第二輸出二極管Do2的陰極，輸出電容Co的第一端及輸出負載Ro的第一端相連，電源Vin的負極與輸出電容Co的第二端及輸出負載Ro的第二端相連，內置變壓器原邊繞組Tp和內置變壓器副邊第一繞組Tsl及第二繞組Ts2同為一個內置變壓器中的三個繞組，以原邊繞組Tp的第一端，副邊第一繞組Tsl的第一端和副邊第二繞組Ts2的第一端為內置變壓器的同名端。
[0008]進一步，第一箝位二極管Del、第二箝位二極管Dc2、第一輸出二極管Dol和第二輸出二極管Do2中的一個或多個改成同步整流管，均能正常工作。
[0009]本發(fā)明變換器工作時，利用內置變壓器效應拓展了變換器電壓增益，降低了功率開關管的電壓應力，降低了功率器件的導通損耗。利用內置變壓器的漏感實現了功率開關管的零電流開通；同時利用內置變壓器的漏感還實現了輸出二極管的軟關斷；利用箝位二極管和箝位電容吸收漏感的能量，使功率開關管關斷時無電壓尖峰，并且吸收的漏感能量最終傳遞到負載，實現無損吸收；箝位二極管實現了自然關斷，無反向恢復；其電路結構簡單，控制方便，適用于高增益和高效率的分布式光伏并網發(fā)電場合。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點是:附件元件少，結構簡單，控制方便，電路中無能量損耗元件，可提高電路的效率，且換流過程中，功率開關管關斷時無電壓過沖，箝位二極管和輸出二極管開通時無電流過沖。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明的電路圖；
【具體實施方式】
[0012]參見圖1，本發(fā)明的含三繞組內置變壓器結構的高增益無源無損箝位變換器中，其特征在于:
[0013]第一輸入電感LI的第一端和第二輸入電感L2的第一端與電源Vin的正極相連，第一輸入電感LI的第二端與第一功率開關管SI的漏極，第一箝位二極管Dcl的陽極及內置變壓器原邊繞組Tp的第一端相連，第二輸入電感L2的第二端與第二功率開關管S2的漏極，第二箝位二極管Dc2的陽極及內置變壓器原邊繞組Tp的第二端相連，第一箝位二極管Dcl的陰極與第一箝位電容Ccl的第一端及內置變壓器副邊第一繞組Tsl的第二端相連，第二箝位二極管Dc2的陰極與第二箝位電容Cc2的第一端及內置變壓器副邊第二繞組Ts2的第一端相連，電源Vin的負極與第一功率開關管SI的源極，第二功率開關管S2的源極，第一箝位電容Ccl的第二端及第二箝位電容Cc2的第二端相連；
[0014]內置變壓器副邊第一繞組Tsl的第一端與第二輸出二極管Dol的陽極相連，內置變壓器副邊第二繞組Ts2的第二端與第二輸出二極管Do2的陽極相連，第一輸出二極管Dol的陰極與第二輸出二極管Do2的陰極，輸出電容Co的第一端及輸出負載Ro的第一端相連，電源Vin的負極與輸出電容Co的第二端及輸出負載Ro的第二端相連，內置變壓器原邊繞組Tp和內置變壓器副邊第一繞組Tsl及第二繞組Ts2同為一個內置變壓器中的三個繞組，圖中由標記了原邊繞組Tp，副邊第一繞組Tsl和第二繞組Ts2的同名端；
[0015]輸出電容Co兩端之間的電壓為Vout，能量最終傳遞給輸出負載Ro。
[0016]含三繞組內置變壓器結構的高增益無源無損箝位變換器在一個開關周期內有八種工作過程，即第一功率開關管SI關斷與第一箝位二極管Dcl開通之間的換流；第一輸出二極管Dol開通過程；第一箝位二極管Dcl關斷過程；第一功率開關管SI開通與第一輸出二極管Dol關斷之間的換流；第二功率開關管S2關斷與第二箝位二極管Dc2開通之間的換流；第二輸出二極管Do2開通過程；第二箝位二極管Dc2關斷過程；第二功率開關管S2開通與第二輸出二極管Do2關斷之間的換流；
[0017]第一功率開關管SI關斷與第一箝位二極管Dcl開通之間的換流:
[0018]換流前，電路處于第一功率開關管SI和第二功率開關管S2導通，第一箝位二極管Del，第二箝位二極管Dc2，第一輸出二極管Dol和第二輸出二極管Do2關斷的穩(wěn)定工作狀態(tài)。當第一功率開關管SI關斷時，第一功率開關管SI上電壓迅速上升，第一箝位二極管Dcl兩端的電壓迅速下降至零，第一箝位二極管Dcl開通。第一輸入電感LI的電流通過第一箝位二極管Dcl流入第一箝位電容Cel。由于第一箝位電容Ccl的作用，第一功率開關管SI兩端的電壓被箝位為一定電壓值，實現了第一功率開關管SI的軟箝位關斷。
[0019]第一輸出二極管Do I開通過程:
[0020]第一箝位電容Ccl的電壓不斷上升，第一輸出二極管Dol的電壓不斷下降，最終第一輸出二極管Dol導通，能量轉移至輸出電容Co。
[0021]第一箝位二極管Dcl關斷過程:
[0022]隨著內置變壓器原邊繞組Tp的電流不斷上升，第一箝位二極管Dcl的電流不斷下降，最終電流降至零，第一箝位二極管Dcl自然關斷。
[0023]第一功率開關管SI開通與第一輸出二極管IDol關斷之間的換流:
[0024]第一功率開關管SI開通前，第一箝位電容Ccl的能量正向輸出側轉移。第一功率開關管SI開通時，由于內置變壓器漏感的限制，第一功率開關管SI的電流線性緩升，實現了零電流軟開通，減小了開通損耗。同時內置變壓器的漏感電流以一定斜率線性下降至零，第一輸出二極管Dol的電流也跟隨內置變壓器的漏感電流線性降至零，實現軟關斷，減小了反向恢復損耗。電路處于第一功率開關管SI和第二功率開關管S2導通，第一箝位二極管Del，第二箝位二極管Dc2，第一輸出二極管Dol和第二輸出二極管Do2關斷的穩(wěn)定工作狀態(tài)。
[0025]第二功率開關管S2關斷與箝第二位二極管Dc2開通之間的換流:
[0026]當第二功率開關管S2關斷時，第二功率開關管S2上電壓迅速上升，第二箝位二極管Dc2兩端的電壓迅速下降至零，第二箝位二極管Dc2開通。第二輸入電感L2的電流通過第二箝位二極管Dc2流入第二箝位電容Cc2。由于第二箝位電容Cc2的作用，第二功率開關管S2兩端的電壓被箝位為一定電壓值，實現了第二功率開關管S2的軟箝位關斷。
[0027]第二輸出二極管Do2開通過程:
[0028]第二箝位電容Cc2的電壓不斷上升，第二輸出二極管Do2的電壓不斷下降，最終第二輸出二極管Do2導通，能量轉移至輸出電容Co。
[0029]第二箝位二極管Dc2關斷過程:
[0030]隨著內置變壓器原邊繞組Tp的電流不斷上升，第二箝位二極管Dc2的電流不斷下降，最終電流降至零，第二箝位二極管Dc2自然關斷。
[0031]第二功率開關管S2開通與第二輸出二極管Do2關斷之間的換流:
[0032]第二功率開關管S2開通前，第二箝位電容Cc2的能量正向輸出側轉移。第二功率開關管S2開通時，由于內置變壓器漏感的限制，第二功率開關管S2的電流線性緩升，實現了零電流軟開通，減小了開通損耗。同時內置變壓器的漏感電流以一定斜率線性下降至零，第二輸出二極管Do2的電流也跟隨內置變壓器的漏感電流線性降至零，實現軟關斷，減小了反向恢復損耗。電路處于第一功率開關管SI和第二功率開關管S2導通，第一箝位二極管Del，第二箝位二極管Dc2，第一輸出二極管Dol和第二輸出二極管Do2關斷的穩(wěn)定工作狀態(tài)。
【權利要求】
1.一種含三繞組內置變壓器結構的高增益無源無損箝位變換器，其特征在于: 第一輸入電感[1的第一端和第二輸入電感[2的第一端與電源VIII的正極相連，第一輸入電感11的第二端與第一功率開關管31的漏極，第一箝位二極管此1的陽極及內置變壓器原邊繞組邛的第一端相連，第二輸入電感[2的第二端與第二功率開關管32的漏極，第二箝位二極管此2的陽極及內置變壓器原邊繞組I？的第二端相連，第一箝位二極管104的陰極與第一箝位電容的第一端及內置變壓器副邊第一繞組181的第二端相連，第二箝位二極管此2的陰極與第二箝位電容(^2的第一端及內置變壓器副邊第二繞組182的第一端相連，電源VI?。〉呢摌O與第一功率開關管51的源極，第二功率開關管32的源極，第一箝位電容的第二端及第二箝位電容化2的第二端相連； 內置變壓器副邊第一繞組181的第一端與第一輸出二極管001的陽極相連，內置變壓器副邊第二繞組182的第二端與第二輸出二極管002的陽極相連，第一輸出二極管001的陰極與第二輸出二極管002的陰極，輸出電容(?的第一端及輸出負載00的第一端相連，電源VIII的負極與輸出電容(?的第二端及輸出負載％的第二端相連，內置變壓器原邊繞組X？和內置變壓器副邊第一繞組181及第二繞組182同為一個內置變壓器中的三個繞組，以原邊繞組邛的第一端，副邊第一繞組！'81的第一端和副邊第二繞組！'82的第一端為內置變壓器的同名端。
2.如權利要求1所述的含三繞組內置變壓器結構的高增益無源無損箝位變換器，其特征在于:第一箝位二極管此1、第二箝位二極管此2、第一輸出二極管001和第二輸出二極管002中的一個或多個改成同步整流管，均能正常工作。
【文檔編號】H02M3/335GK104506041SQ201410826968
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月26日 優(yōu)先權日:2014年12月26日
【發(fā)明者】李威辰, 趙一, 楊波 申請人:杭州禾邁電力電子技術有限公司