[发明专利]一种高增益隔离型DC-DC变换器

说明书

技术领域

本发明涉及直流-直流变换技术领域，具体涉及一种高增益电流馈电隔离型变换器。

背景技术

随着能源的日益紧张，发展新能源技术逐步成为关注的热点。其中燃料电池供电系统具有能量密度高，无噪声，无环境污染，且不受阳光、风力等自然条件限制等特点而受到青睐。然而对燃料电池模块而言，输出电压一般在40V-50V，而公共直流母线电压常设定在200V或是400V，因此需在燃料电池输出与公共直流母线之间插入一高增益的直流-直流变换器。此外燃料电池输出电压范围较宽，不允许有大的输出电流波动，对变换器提出了特殊的需求。

电压馈电型变换器是燃料电池发电中较为普遍的一类变换器。但这类变换器存在大的输入电流纹波，也不适合MPPT控制。虽然可以通过在燃料电池输出端添加LC滤波器来减少燃料电池的输出纹波，但会降低系统效率。此外为了获取高增益而采用高匝数比的变压器增加了变压器初级侧元件的电压应力，并且高匝数比的变压器设计困难，寄生效应明显，进一步降低了系统的效率。另一个不可忽视的问题是输出整流二极管存在严重的反向恢复问题。

电流馈电型变换器尽管可以减少燃料电池的输出电流波动，也可以在不需要大的匝数比变压器情况下获得高增益，但是输出整流二极管依然工作在硬开关条件，反向恢复的问题没有得到解决。此外缓冲或是箝位电路要设计足够容量去吸纳boost电感中的电流，直到变压器漏感电流建立到该boost电感电流值，这增加了电路设计的复杂性和成本。

发明内容

本发明的主要目的在于克提供一种高增益隔离型DC-DC变换器，适用于燃料电池并网发电系统。

本发明采用如下技术方案：

一种高增益隔离型DC-DC变换器，其特征在于：包括直流电源输入端、输入电流倍增器、箝位电路、变压器和开关电容倍增器，该输入电流倍增器包括第一输入电感、第二输入电感、第一开关管和第二开关管，该直流电源输入端的正极分别与第一输入电感和第二输入电感的一端相连，第一输入电感和第二输入电感的另一端分别与第一开关管和第二开关管的源极相连，该第一开关管和第二开关管的漏极分别与直流电源输入端的负极相连，所述变压器的原边同名端与与第一开关管的源极相连，所述变压器的原边异名端与第二开关管的源极相连，所述箝位电路并联于所述变压器原边两输入端和直流电源输入端负极之间，所述开关电容倍增器与变压器的副边相连实现谐振软开关。

进一步的，所述箝位电路包括第一箝位开关管、第二箝位开关管和箝位电容，该第一箝位开关管和第二箝位开关管的漏极分别与变压器原边的同名端和异名端相连，该第一箝位开关管和第二箝位开关管的源极均与箝位电容的正极相连，箝位电容的负极与直流电源输入端负极相连。

进一步的，所述第一开关管、第二开关管、第一箝位开关管和第二箝位开关管均采用MOSFET功率开关管且第一箝位开关管和第二箝位开关管为零电压开通/关断。

进一步的，所述输入电流倍增器和箝位电路的调制方法采用脉宽调制加相移控制，第一开关管和第二开关管的驱动信号分别与第一箝位开关管和第二箝位开关管的驱动信号互补。

进一步的，假设第一开关管和第二开关管的驱动信号占空比为D，直流电源输入端电压为υ_in，变压器的原边电压为υ_p，原边电压幅值为V_pm，电压器匝数比为N，电容倍增器的输出端电压为V_o，则有如下关系式：

进一步的，所述电容倍增器包括第一谐振电容、第二谐振电容、第一整流管、第二整流管、第三整流管、第四整流管、第一输出电容和第二输出电容，该第一谐振电容的负极和第二谐振电容正极与变压器副边的同名端相连；该第一整流管的阳极、第二整流管的阴极、第一输出电容的负极、第二输出电容的正极均与变压器副边的异名端相连；该第三整流管的阳极与第一整流管的阴极和第一谐振电容的正极相连，第三整流管的阴极与第一输出电容的正极相连；该第四整流管的阴极与第二整流管阳极和第二谐振电容的负极相连，该第四整流管的阳极与第二输出电容的负极相连。

进一步的，所述第一整流管、第二整流管、第三整流管和第四整流管采用功率二极管且为零电流关断。

由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）输入电流倍增器的两个boost电感交错充放电，理论上燃料电池的输出电流纹波为零；

（2）变压器漏感被当作开关电容倍增器中的谐振电感加以应用，减少了常规电路中为吸收变压器漏感而采用的缓冲电路，降低了电路成本，提高了系统效率；