[发明专利]含内置变压器和倍压结构的高增益有源无损箝位变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种直流—直流变换器及应用，具体说是含内置变压器和倍压结构的高增益有源无损箝位变换器。

背景技术

在光伏发电系统中，由于单块光伏电池的输出电压较低，而逆变并网发电所需的直流母线电压较高，因此需要一级直流—直流变换器把低电压直流电转换为适合并网的高电压直流电。在分布式光伏发电方案中，单块光伏电池的功率容量较小，但对效率的要求较高。因此如何实现高增益、高效率且结构简单的单级变换器，对于推动光伏产业的发展具有重要意义。

常规的单相单管升压型Boost直流－直流变换器的电压增益仅由占空比决定，电压增益有限，难以满足高增益的变换要求。功率开关管的电压应力较大，难以采用低压高性能的开关管来降低导通损耗。而且，变换器开关管工作在硬开关状态，开关损耗较大。为了实现Boost变换器的软开关动作，近年来，相继研究了一些通过附加有源功率开关或无源器件的软开关方案，这些电路虽然实现了软开关动作，但是不能降低开关管的电压应力，也不能实现系统的高增益变换。为了提升变换器的电压增益，一种方案是采用开关电容的方案，但这种方案所需开关管数量较多，增加了系统成本；另外的方案是采用复杂的三绕组耦合电感方案，这种方案的缺点是耦合电感结构复杂，不利于工业加工，难以保证电路的一致性。

发明内容

本发明提供一种结构简单，控制方便且无能量损耗的含内置变压器和倍压结构的高增益有源无损箝位变换器。其中：

输入电感的第一端与电源的正极相连，输入电感的第二端与功率开关管的漏极，箝位开关管的源极，内置变压器原边绕组的第二端及内置变压器副边绕组的第一端相连，内置变压器原边绕组的第一端与隔直电容的第一端相连，箝位开关管的漏极与箝位电容的第一端相连，电源的负极与功率开关管的源极，隔直电容的第二端及箝位电容的第二端相连；

内置变压器副边绕组的第二端与第一倍压电容的第一端及第二倍压电容的第一端相连，第一倍压电容的第二端与第一倍压二极管的阴极及第一输出二极管的阳极相连，第二倍压电容的第二端与第二倍压二极管的阳极及第二输出二极管的阴极相连，第一输出二极管的阴极与第一输出电容的第一端及第一输出负载的第一端相连，第二输出二极管的阳极与第二输出电容的第二端及第二输出负载的第二端相连，电源的负极与第一倍压二极管的阳极，第二倍压二极管的阴极，第一输出电容的第二端，第二输出电容的第一端，第一输出负载的第二端及第二输出负载的第一端相连，内置变压器原边绕组和内置变压器副边绕组同为一个内置变压器中的两个绕组，以原边绕组的第一端和副边绕组的第一端为内置变压器的同名端；

所述的变换器，其第一倍压二极管、第二倍压二极管、第一输出二极管和第二输出二极管中的一个或多个改成同步整流管，均能正常工作。第一输出负载和第二输出负载的连接点与电源负极断开连接或者第一输出负载和第二输出负载的连接点与电源负极断开连接后合并为一个输出负载，电路均能正常工作。

本发明变换器工作时，利用内置变压器效应拓展了变换器电压增益，降低了功率开关管的电压应力，降低了功率器件的导通损耗。倍压电路结构的引入进一步提高了电路的电压增益和降低了器件的电压应力；利用内置变压器的漏感实现了功率开关管的零电压开通；同时利用内置变压器的漏感还实现了倍压二极管和输出二极管的软关断；利用箝位开关管和箝位电容吸收漏感的能量，使功率开关管关断时无电压尖峰，并且吸收的漏感能量最终传递到负载，实现无损吸收；其电路结构简单，控制方便，适用于小功率，高增益和高效率的分布式光伏并网发电场合。

本发明中附件元件少，结构简单，控制方便，电路中无能量损耗元件，可提高电路的效率，且换流过程中，功率开关管关断时无电压过冲，倍压二极管和输出二极管开通时无电流过冲。内置变压器在对应的开关管开通和关断时都传递能量，提高了内置变压器的利用率，降低了内置变压器的体积。

附图说明

图1是本发明含内置变压器和倍压结构的高增益有源无损箝位变换器的电路图；

具体实施方式

参见图1，本发明的含内置变压器和倍压结构的高增益有源无损箝位变换器中，

输入电感L的第一端与电源Vin的正极相连，输入电感L的第二端与功率开关管S的漏极，箝位开关管Sc的源极，内置变压器原边绕组Tp的第二端及内置变压器副边绕组Ts的第一端相连，内置变压器原边绕组Tp的第一端与隔直电容Cb的第一端相连，箝位开关管Sc的漏极与箝位电容Cc的第一端相连，电源Vin的负极与功率开关管S的源极，隔直电容Cb的第二端及箝位电容Cc的第二端相连；