一种交错并联高增益Boost变换电路及其工作方法

发布者:admin 发布时间:2019-10-31 14:01 浏览次数:

  [0001] 本发明属于电力电子技术DC-DC变换电路领域,具体设及一种交错并联高增益 Boost变换电路及其工作方法。

  [0002] 随着全球能源危机和环境污染的日益严重,太阳能、风能、地热能等可再生能源越 来越受到全世界的关注。然而,由于环境、溫度等因素的影响,可再生能源的输出电压较低, 而且波动较大,使得可再生能源发电与微网系统的稳定性、实用性大大降低,为达到并网逆 变器所需的直流母线电压,在实际应用中需要一种高增益的升压变换器对可再生能源的输 出电压进行升压。

  [0003] 常用的升压变换器有Boost、Buck-Boost等变换器,运些变换器都可W实现升压功 能,但只有在极端占空比的条件下才能得到较高的电压增益,而在极端占空比条件下会引 入较大的电流纹波,开关管电压应力大,同时导通损耗增加导致效率降低。交错并联Boost 变换器结构和控制简单,能够有效减小输入输出纹波,因而被广泛应用在可再生能源发电 系统中,但传统的交错并联Boost变换器输出电压增益较小,不足W应用在需求高电压增益 的场合。

  [0004] 为适应可再生能源的开发与利用,满足并网逆变器的直流母线电压的要求,研究 新型高电压增益、高稳定性的升压变换器具有十分重要的理论意义和实际价值。

  [0005] 本发明针对现有升压变换器存在的电压增益不高,高增益下Boost变换器工作于 极限占空比,输入、输出电流电压纹波较大等问题,提出一种交错并联高增益Boost变换电 路,适用于需要高增益的电力电子应用场合。

  [0006] 本发明电路的技术方案为:一种交错并联高增益Boost变换电路,包括带有两个绕 组LpULsl的第一禪合电感Ml,带有两个绕组Lp2、Ls2的第二禪合电感M2,两个主功率开关 管Sl、S2,一个辅助开关管S3,=个二极管Dl、D2和D3,两个输出电容Cl和C2。

  [0007] 所述第一禪合电感Ml的原边绕组LpU副边绕组LsU主功率开关管Sl、辅助开关管 S3、二极管Dl W及输出电容Cl组成升压回路1;第二禪合电感M2的原边绕组Lp2、副边绕组 Ls2、主功率开关管S2、辅助开关管S3、二极管D2、二极管D3W及输出电容C2组成升压回路2; 升压回路1和升压回路2交错并联。

  [000引所述第一禪合电感Ml的原边绕组Lpl的同名端分别与第二禪合电感M2的原边绕组 Lp2的同名端和低压端的正极相连,Lpl的另一端与第一禪合电感Ml的副边绕组Lsl的同名 端相连,Lsl的另一端与二极管Dl的阳极相连,Lp2的另一端与第二禪合电感M2的副边绕组 Ls2的同名端相连,Ls2的另一端与二极管D2的阳极相连,主功率开关管Sl的漏极与Lsl的同 名端相连,Sl的源级分别与主功率开关管S2的源级和低压端的负极相连,S2的漏极与Ls2的 同名端相连,辅助开关管S3的漏极与二极管D2的阴极相连,S3的源级与S2的源级相连,输出 电容Cl的一端分别与二极管Dl的阴极和高压端的正极相连,Cl的另一端与二极管D2的阴极 相连,输出电容C2的一端与开关管S3的漏极相连,C2的另一端分别与二极管D3的阳极和高 压端的负极相连,D3的阴极与开关管S3的源级相连。

  [0009] 进一步,第一禪合电感Ml的原边绕组Lpl、副边绕组Lsl、主功率开关管S1、辅助开 关管S3、二极管Dl W及输出电容Cl组成升压回路1;第二禪合电感M2的原边绕组Lp2、副边绕 组Ls2、主功率开关管S2、辅助开关管S3、二极管D2、二极管D3W及输出电容C2组成升压回路 2;升压回路1和升压回路2交错并联。

  [0010] 本发明电路工作方法的技术方案为:一种交错并联高增益Boost变换电路的工作 方法,分为W下工作模态:

  [0011] 工作模态UtO~tl):主功率开关管Sl和S2开通,辅助开关管S3关断;第一、第二禪 合电感Ml、M2的原边绕组对磁忍进行励磁,副边绕组均产生感应电压,无电流流过;负载由 输出电容Cl、C2串联供电;

  [0012] 工作模态2(tl~t2):Sl开通,S2和S3关断,第二禪合电感M2原边绕组部分能量在 瞬间转移到副边绕组,再共同为输出电容C2供电。第一禪合电感Ml仍保持原边励磁,副边感 应电压。输出电容Cl、C2串联为负载供电;

  [0013] 工作模态3(t2~t3):主功率开关管S1、S2开通,辅助开关管S3关断,第一、第二禪 合电感Ml、M2的原边绕组对磁忍进行励磁,副边绕组均有感应电压,无电流流过,负载由输 出电容CU C2串联供电;

  [0014] 工作模态4(t3~t4):Sl关断,S2和S3开通,此时第一禪合电感Ml原边绕组部分能 量瞬间转移到副边绕组,再与原副边绕组联合向负载电容C2供电,电流流经开关管S3回到 低压端负极,第一禪合电感Ml的原边绕组励磁,副边绕组感应电压,输出电容C1、C2串联为 负载供电。

  [0015] 进一步,辅助开关管S3的通断使第一禪合电感Ml的能量传递至输出电容Cl,并维 持变换电路输出电容Cl、C2的电压均衡。

  [0016] 本发明的有益效果为:本发明在传统交错并联Boost变换器的基础上作出改进,将 禪合电感的升压特性W及输出电容串联升压效果相结合,禪合电感大大提升了升压效果, 解决了高增益Boost变换器工作于极限占空比的情况;交错并联技术使得变换器的输入输 出电压、电流脉动减小;两个交错并联回路的输出电容串联,使得电压增益提高一倍。

  [0018] 图2(a)所述变换电路的开关管驱动电路,图2(b)相应输出波形图;

  [0019] 图3交错并联高增益Boost变换器在D0.5时的四种工作模态等效电路图,其中:

  [0024] 下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案作进行清楚、 完整地描述。

  [0025] 如图1所示,一种交错并联高增益Boost变换电路,包括带有两个绕组LpULsl的第 一禪合电感Ml,带有两个绕组Lp2、Ls2的第二禪合电感M2,两个主功率开关管Sl、S2,一个辅 助开关管S3,=个二极管Dl、D2和D3,两个输出电容Cl和C2。

  [00%]所述第一禪合电感Ml的原边绕组LpU副边绕组LsU主功率开关管Sl、辅助开关管 S3、二极管Dl W及输出电容Cl组成升压回路1;第二禪合电感M2的原边绕组Lp2、副边绕组 Ls2、主功率开关管S2、辅助开关管S3、二极管D2、二极管D3W及输出电容C2组成升压回路2; 升压回路1和升压回路2交错并联。

  [0027] 所述第一禪合电感Ml的原边绕组Lpl的同名端分别与第二禪合电感M2的原边绕组 Lp2的同名端和低压端的正极相连,Lpl的另一端与第一禪合电感Ml的副边绕组Lsl的同名 端相连,Lsl的另一端与二极管Dl的阳极相连,Lp2的另一端与第二禪合电感M2的副边绕组 Ls2的同名端相连,Ls2的另一端与二极管D2的阳极相连,主功率开关管Sl的漏极与Lsl的同 名端相连,Sl的源级分别与主功率开关管S2的源级和低压端的负极相连,S2的漏极与Ls2的 同名端相连,辅助开关管S3的漏极与二极管D2的阴极相连,S3的源级与S2的源级相连,输出 电容Cl的一端分别与二极管Dl的阴极和高压端的正极相连,Cl的另一端与二极管D2的阴极 相连,输出电容C2的一端与开关管S3的漏极相连,C2的另一端分别与二极管D3的阳极和高 压端的负极相连,D3的阴极与开关管S3的源级相连。

  [0028] 本发明在传统交错并联Boost变换器的基础上作出改进,将禪合电感的升压特性 W及输出电容串联升压效果相结合。所述的禪合电感M1、M2在运行时刻,将低压端能量储存 在其原边绕组上,当禪合电感释放能量阶段,原边绕组上部分能量瞬间转移到副边绕组上, 并联合向输出电容C1、C2提供能量;由于禪合电感是同向禪合,故能起到提升电压的作用; 并且禪合电感的引入使得两开关管S1、S2电压应力减小。但是由于变换器高压端为两输出 电容C1、C2的串联结构,为使得输出电


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