本發(fā)明涉及一種DC/DC變換器，具體為一種含有軟開關(guān)的雙端口輸入高增益DC/DC變換器。

背景技術(shù)：

在如今備受關(guān)注的新能源中，太陽能作為解決化石能源危機(jī)的新型可再生能源，由于具有方便、清潔、安全等優(yōu)點(diǎn)，越來越受到世界各國的重視，在近年來發(fā)展迅速，但是太陽能發(fā)電系統(tǒng)有致命的弱點(diǎn)：能量供給不均勻、隨機(jī)性較大、基本沒有預(yù)測性、穩(wěn)定性差，并且不同區(qū)域、不同時(shí)段的供給能力不同，而燃料電池由于其響應(yīng)速度快和供電穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，科研人員設(shè)計(jì)出了太陽能、燃料電池聯(lián)合供電系統(tǒng)。在現(xiàn)有的技術(shù)中，基本的雙端口兩相升壓型DC/DC變換器，結(jié)構(gòu)相對簡單，雖然能實(shí)現(xiàn)升壓的功能，但是存在升壓能力不夠，開關(guān)器件電壓應(yīng)力過大，損耗大，效率不高，且升壓能力不可調(diào)等問題，同時(shí)開關(guān)管在導(dǎo)通和關(guān)斷過程中有顯著的開關(guān)損耗，而導(dǎo)致工作效率不高，且在某些輸入輸出達(dá)到高增益的場合不能滿足要求。因此，一些專家學(xué)者針對這些問題做了大量研究，并提出了相應(yīng)的解決方案。但總的來說，若借助于變壓器，可通過改變變壓器變比來實(shí)現(xiàn)高增益升壓的目的，但該方案能量轉(zhuǎn)換過程復(fù)雜，整個(gè)系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)中變換器開關(guān)損耗較大，升壓能力不可調(diào)、升壓能力不夠，工作效率不高等技術(shù)問題。本發(fā)明提供一種含有軟開關(guān)的雙端口輸入高增益DC/DC變換器，該變換器中將兩個(gè)直流電源納入同一個(gè)電路拓?fù)渲?，提高了能源的利用效率減少了經(jīng)濟(jì)成本；軟開關(guān)的加入，既減少了開關(guān)損耗，又提高了工作效率。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種含有軟開關(guān)的雙端口輸入高增益DC/DC變換器，包含兩個(gè)直流輸入電源V_in1、V_in2，兩個(gè)功率電感L₁、L₂，兩個(gè)功率開關(guān)S₁、S₂，軟開關(guān)輔助電路。

第一電感L₁的輸入端、第二電感L₂的輸入端分別連接輸入電源V_in1的正極、輸入電源V_in2的正極，第一電感L₁的輸出端、第二電感L₂的輸出端分別接第一功率開關(guān)S₁的漏極、第二功率開關(guān)S₂的漏極，第一功率開關(guān)S₁的源極和第二功率開關(guān)S₂的源極均連接輸入電源V_in1、V_in2的負(fù)極；兩個(gè)功率開關(guān)S₁、S₂的柵極分別接各自的控制器；

所述軟開關(guān)輔助電路包括二極管D₁、D₂、電容C₁，二極管D₁、D₂串聯(lián)，電容C₁的上端與二極管D₁、D₂串聯(lián)的節(jié)點(diǎn)相連，第一電感L₁的輸出端接二極管D₁的陽極，第二電感L₂輸出端接電容C₁的下端、然后再與二極管D_1a的陽極相接，二極管D₂的陰極接二極管D_1a的陰極；

電容C_1a、C_1b上下串聯(lián)，C_1a上端與二極管D₁、D_1a并聯(lián)節(jié)點(diǎn)相連，電容C_1b下端與D_1b陽極相接，之后的倍增單元依次接入；

同時(shí)第一電感L₁輸出端與所有第奇數(shù)個(gè)倍增單元的上下兩個(gè)電容之間的節(jié)點(diǎn)相連；

第n個(gè)倍增單元的第二端口作為變換器輸出端的正極，第n個(gè)單元的第三端口作為變換器輸出端的負(fù)極；

第二電感L₂的輸出端與所有偶數(shù)倍增單元的上下兩個(gè)電容之間的節(jié)點(diǎn)相連。

在電容C_1a上端之后、C_1b下端之后連接(n-1)個(gè)相同結(jié)構(gòu)的倍增單元。

所述倍增單元是由兩個(gè)二極管和兩個(gè)電容組成的具有四個(gè)端口的單元，兩個(gè)電容上下串聯(lián)，上方二極管的陽極作為第一端口①，上方二極管的陰極和上方電容的結(jié)點(diǎn)作為第二端口②，下方電容和二極管的陽極的結(jié)點(diǎn)作為第三端口③，下方二極管的陰極作為第四端口④。

n個(gè)倍增單元組合而成倍增模塊，n個(gè)倍增單元按順序從左到右依次接入，即：

第2個(gè)倍增單元的端口②接第3個(gè)倍增單元的端口①，第2個(gè)倍增單元的端口③接第3個(gè)倍增單元的端口④；第3個(gè)倍增單元的端口②接第4個(gè)倍增單元的端口①，第3個(gè)倍增單元的端口③接第4個(gè)倍增單元的端口④；以此類推，一直到第n個(gè)倍增單元；n為自然數(shù)，取值范圍為n≥1。

一種含有軟開關(guān)的雙端口輸入高增益DC/DC變換器，其控制方式為交錯(cuò)控制策略。

本發(fā)明一種含有軟開關(guān)的雙端口輸入高增益DC/DC變換器，有益效果如下：

1、本發(fā)明將兩種不同的新能源發(fā)電系統(tǒng)可以有效的接入到一個(gè)電路拓?fù)渲校瑴p少了經(jīng)濟(jì)成本的同時(shí)提高了能源使用效率。

2、本發(fā)明加入倍增單元組成高增益升壓網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了2n倍于基本Boost升壓變換器的輸入輸出電壓增益，同時(shí)倍增單元可以根據(jù)需要增減數(shù)量，拓寬了該變換器的應(yīng)用場合；

3、本電路中加入軟開關(guān)輔助電路，使得功率開關(guān)S1、S2均實(shí)現(xiàn)了軟開關(guān)功能，減少了開關(guān)損耗，提高了工作效率；

4、電路中開關(guān)器件的電壓應(yīng)力大幅降低；

5、與現(xiàn)有的高增益升壓變換器相比，不含有變壓器和耦合電感，電路拓?fù)浜唵?，易于?shí)現(xiàn)。

6：倍增單元每增加一個(gè)，其增益均可在原來基礎(chǔ)上增加兩倍，其增益可調(diào)。

7：本發(fā)明電路拓?fù)浜唵危刂迫菀讓?shí)現(xiàn)，可以將光伏系統(tǒng)和燃料電池此類新能源同時(shí)接入一個(gè)拓?fù)渲小?/p>

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施方式含有n個(gè)倍增單元時(shí)的一般電路原理圖。

圖2即為本發(fā)明具體實(shí)施方式中含2組倍增單元的電路原理圖。

圖3是本發(fā)明中所采用的單一倍增單元電路圖。

具體實(shí)施方式

如圖2所示，以含有2個(gè)倍增單元為例的一種含有軟開關(guān)的雙端口輸入高增益DC/DC變換器，由兩路輸入電源V_in1和V_in2、DC/DC升壓電路和軟開關(guān)輔助電路組成；包含兩個(gè)直流輸入電源V_in1和V_in2，兩個(gè)功率電感L₁、L₂，兩個(gè)功率開關(guān)S₁、S₂，六個(gè)二極管D₁、D₂、D_1a、D_1b、D_2a、D_2b和五個(gè)電容C₁、C_1a、C_1b、C_2a、C_2b。

第一電感L₁和第二電感L₂的輸入端同時(shí)接雙端口輸入電源V_in1和V_in2的正極，第一電感L₁和第二電感L₂的輸出端分別接第一功率開關(guān)S₁和第二功率開關(guān)S₂的漏極，第一功率開關(guān)S₁和第二功率開關(guān)S₂的源極接雙端口輸入電源V_in1和V_in2的負(fù)極；兩個(gè)功率開關(guān)S₁、S₂的柵極分別接各自的控制器。

第一電感L₁的輸出端接軟開關(guān)輔助電路的二極管D₁的陽極，第二電感L₂輸出端接軟開關(guān)輔助電路中電容C₁的下端，后再與二極管D_1a的陽極相接；第一電感L₁與軟開關(guān)輔助電路相接后，軟開關(guān)輔助電路中的二極管D₂的陰極接二極管D_1a的陰極。電容C_1a、C_1b串聯(lián)，C_1a上端與二極管D₁、D_1a并聯(lián)結(jié)點(diǎn)相連，電容C_1b下端與D_1b陽極相接；D_2a、D_2b、C_2a、C_2b構(gòu)成第二個(gè)倍增單元；

所述倍增單元是由兩個(gè)二極管和兩個(gè)電容構(gòu)成的具有四個(gè)端口的單元，上側(cè)二極管的陽極作為第一端口，上側(cè)二極管陰極與電容的節(jié)點(diǎn)作為第二端口，下側(cè)電容與下側(cè)二極管陽極的節(jié)點(diǎn)作為第三端口，下側(cè)二極管陰極作為第四端口。

第一電感L₁的輸出端與所有第奇次個(gè)倍增單元的上下兩個(gè)電容之間的節(jié)點(diǎn)相連，第2個(gè)倍增單元的第二端口作為變換器輸出端的正極，第2個(gè)單元的第三端口作為變換器輸出端的負(fù)極；第二電感L₂的輸出端與所有第偶次個(gè)倍壓單元的上下兩個(gè)電容之間的節(jié)點(diǎn)相連。

所述的一種含有軟開關(guān)的雙端口輸入高增益DC/DC變換器相比于傳統(tǒng)的Boost升壓變換器具有4倍的增益比。

根據(jù)功率開關(guān)狀態(tài)的不同，可以將電路分為6種工作模態(tài)：

1.模態(tài)1：功率開關(guān)S₁、S₂均導(dǎo)通，此時(shí)兩路直流輸入電源通過功率開關(guān)S₁和功率開關(guān)S₂分別向電感L₁和電感L₂充電；電容C_2a、C_2b均在向輸出端放電；二極管D₁、D₂、D_1a、D_1b、D_2a、D_2b均關(guān)斷。

2.模態(tài)2：控制器控制功率開關(guān)S₁關(guān)斷，S₂導(dǎo)通，此時(shí)二極管D₁導(dǎo)通，直流電源V_in1、電感L₁的電流通過二極管D₁給電容C₁充電，后經(jīng)S₂流回電源負(fù)極；這時(shí)電容C₁電壓上升，當(dāng)U_c1＝U_c1b時(shí)充電完成，二極管D₁關(guān)斷；該過程中開關(guān)S₁實(shí)現(xiàn)零電壓關(guān)斷，低壓輸入電源、電感L₁、電容C_2a、C_2b均處于放電狀態(tài)，電容C₁處于充電狀態(tài)；此時(shí)功率開關(guān)S₂保持導(dǎo)通狀態(tài)，直流電源V_in2通過功率開關(guān)S₂向電感L₂充電；二極管D₂、D_1a、D_2a、D_1b、D_2b均關(guān)斷。

3.模態(tài)3：同模態(tài)2功率開關(guān)S₁關(guān)斷，S₂導(dǎo)通，當(dāng)模態(tài)2中的電容C₁充電完成時(shí)，二極管D₁關(guān)斷，此時(shí)電感L₁的電流在經(jīng)過C_1a、C_1b之間的節(jié)點(diǎn)時(shí)分流，一部分通過電容C_1a、二極管D_2a、電容C_2a及開關(guān)S₂流回電源負(fù)極，電容C_1a放電，電容C_2a充電；一部分通過電容C_1b、二極管D_1b流回電源負(fù)極，此時(shí)電容C_1b處于充電狀態(tài)；該過程中兩路輸入直流電源、電感L₁、電容C_1a、C_2b處于放電狀態(tài)，電容C_1b、C_2a均處于充電狀態(tài)；此時(shí)功率開關(guān)S₂保持導(dǎo)通狀態(tài)，低壓電源通過功率開關(guān)S₂向電感L₂充電；二極管D₁、D₂、D_2b均關(guān)斷。

4.模態(tài)4：同模態(tài)1，功率開關(guān)S₁、S₂均導(dǎo)通，此時(shí)兩路直流輸入電源通過功率開關(guān)S₁和功率開關(guān)S₂分別向電感L₁和電感L₂充電；電容C_2a、C_2b均在向輸出端放電；二極管D₁、D₂、D_1a、D_1b、D_2a、D_2b均關(guān)斷。

5.模態(tài)5：控制器控制功率開關(guān)S₁導(dǎo)通，S₂關(guān)斷，此時(shí)輸入電源V_in2和電感L₂的電流通過電容C₁、二極管D₂、電容C_1a及開關(guān)S₁流回電源負(fù)極，電容C₁放電，電容C_1a充電，當(dāng)電容C₁的電壓U_c1下降至0時(shí)，二極管D₂關(guān)斷，電容C₁充電完成；該過程中開關(guān)S₂實(shí)現(xiàn)零電壓關(guān)斷，低壓輸入電源、電感L₂、電容C₁放電，電容C_1a處于充電狀態(tài)，此時(shí)功率開關(guān)S₁保持導(dǎo)通狀態(tài)，直流輸入電源V_in1通過功率開關(guān)S₁向電感L₁充電；二極管D₁、D_1a、D_2a、D_1b、D_2b均關(guān)斷。

6.模態(tài)6：當(dāng)模態(tài)5的中的C₁放電完成時(shí)，二極管D₂關(guān)斷，此時(shí)二極管D_1a導(dǎo)通，電感L₂的電流在經(jīng)過D_1a陽極下端的結(jié)點(diǎn)時(shí)分流，一部分通過二極管D_1a、電容C_1a及開關(guān)S₁流回電源負(fù)極，電容C_1a充電；另一部分電流通過電容C_2b，二極管D_2b、電容C_1b以及開關(guān)S₁流回電源負(fù)極，電容C_1b、C_2a放電，電容C_2b處于充電狀態(tài)，二極管D₁、D₂、D_1b、D_2a均關(guān)斷。

從模態(tài)2和模態(tài)5可以看出，開關(guān)S₁和S₂分別實(shí)現(xiàn)了零電壓關(guān)斷，有效的減少了開關(guān)損耗，且采用兩路輸入可以實(shí)現(xiàn)新能源接入利用率的最大化，較適合應(yīng)用于對升壓能力要求高且輸出模塊多的場合。

本發(fā)明的上述實(shí)施范例僅僅是為說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其他不同形式的變化和變動(dòng)。這里無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引申出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。