[发明专利]带有电荷泵的耦合电感ZVS/ZCS双管直流变换器

说明书

技术领域

本发明涉及带有电荷泵的耦合电感ZVS/ZCS双管直流变换器，属于电力电子变换器领域。

背景技术

受到能源短缺与环境问题的双重压力，新能源发电因其清洁性受到广泛关注和研究，为了将单块光伏电池、燃料电池并入电网，需要使用高增益、高效率直流变换器大幅度提升直流电压等级。传统Boost变换器升压能力十分有限，随着增益的升高，占空比逐渐变大，电感电流纹波变大，需要的电感也随之变大；且应用在高输出电压场合时，功率开关管电压应力，电流应力较大，开关管导通损耗大；输出侧二极管电压应力大，且二极管硬关断，反向恢复问题和EMI问题均十分严重，变换效率较低。

发明内容

    本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了带有电荷泵的耦合电感ZVS/ZCS双管直流变换器，所述开关电感有源网络升压变换器体积小但转换效率高，且功率开关管电压应力低、电流应力小，导通损耗小；所有功率开关均能实现零电压开通，开关损耗小；所有功率二极管均能实现零电流自然关断，不存在反向恢复问题，电路的EMI干扰较小。

       本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

    带有电荷泵的耦合电感ZVS/ZCS双管直流变换器，包括直流电源、第一升压电路、第二升压电路、第一电荷泵升压单元、第二电荷泵升压单元、开关电路和负载；所述直流电源输出的电压分为两路输出，其中一路经第一升压电路初步升压后输入第一电荷泵升压单元，经第一电荷泵升压单元二次升压后经开关电路输入至负载的一端；另一路经第二升压电路初步升压后输入至第二电荷泵升压单元；经第二电荷泵升压单元二次升压后输入至负载另一端，在负载的两端还并联一输出滤波电容。

    作为本发明的进一步优化方案，所述第一升压电路包括第一开关管和第一电感，所述第二升压电路包括第二开关管和第二电感，所述第一电感的一端和第二开关管的漏极分别连接至直流电压源正极，第一电感的另一端与第一开关管的漏极相连，第二开关管的源极与第二电感的一端相连，第一开关管的源极和第二电感的另一端分别接至直流电压源的负极。

    作为本发明的进一步优化方案，所述的第一电荷泵升压单元包括第三电感、第三开关管、第一电荷泵二极管和第一电荷泵电容，所述开关电路为第三功率二极管，其中，第三开关管的漏极连接第一电荷泵二极管的阳极，第一电荷泵二极管的阴极分别与第三功率二极管的阳极以及第一电荷泵电容的一端连接，第一电荷泵电容的另一端与第三电感的一端相连，第三电感的另一端分别与第三开关管的源极以及第一电感的另一端连接；所述第一电感与第三电感构成耦合电感，其中第一电感与输入侧直流源正极相连的一端、第三电感与第三开关管源极相连的一端为耦合电感的同名端，第三功率二极管的阴极与负载的一端连接。

    作为本发明的进一步优化方案，所述的第二电荷泵升压单元包括第四电感、第四开关管、第二电荷泵二极管和第二电荷泵电容，第四开关管的源极连接第二电荷泵二极管的阴极，第二电荷泵二极管的阳极接至第二电荷泵电容的一端以及负载的另一端，第二电荷泵电容的另一端与第四电感的一端相连，第四电感的另一端与第四开关管的漏极以及第二电感的一端相连；所述第二电感与第四电感构成耦合电感，其中第二电感与输入侧直流源负极相连的一端、第四电感与第四开关管漏极相连的一端为耦合电感的同名端。

    作为本发明的进一步优化方案，还包括第一箝位电容和第二箝位电容，所述的第一箝位电容一端与输入直流源正极相连，第一箝位电容的另一端与第三开关管的漏极相连；所述的第二箝位电容一端与输入直流源负极相连，第二箝位电容的另一端与第四开关管的源极相连。

    作为本发明的进一步优化方案，第一、第二、第三、第四开关管为MOS管或者IGBT管。

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：变换器体积小但转换效率高，且主功率开关管电压应力、电流应力低，导通损耗小，功率开关管均能实现零电压开通，开关损耗小。功率二极管电压应力低，且能够实现零电流自然关断以解决反向恢复问题。

附图说明

图1为带有电荷泵的耦合电感ZVS/ZCS双管直流变换器。

图2是第一、第二功率开关管驱动电压V₁波形图；

图3是第三、第四功率开关管驱动电压V₂波形图；

图4至图7分别是第一、第二、第三、第四功率开关管电压V_S1、V_S2、V_S3、V_S4波形图；