[发明专利]开关电容和多绕组变压器构成的高增益高频整流隔离变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种隔离型直流-直流电能变换器，尤其涉及开关电容和多绕组变压器构成的高增益高频整流隔离变换器，属于电力电子变换器技术领域。

背景技术

在可再生能源发电、航空、航天、汽车以及医疗等技术领域的应用中，出于安全的考虑并且为了满足电压的需求，通常需要采用隔离升压直流变换器。如何提升隔离变换器的电压增益、减小变换器所用器件的电压应力并实现高效率功率变换一直是该技术领域所关注的重点问题。

传统的隔离型直流变换器通过调整变压器的变比来实现各种升压功能，但是，单纯依靠调整变压器的变比来实现升压存在以下问题：开关器件的电压应力高，特别是变换器副边整流二极管的电压应力远高于输出电压；变压器漏感增加，引起开关器件的电压尖峰和震荡，进一步加剧了开关器件的应力、降低了可靠性和效率。此外，传统的隔离型直流变换器通常不能实现所有开关器件、特别是变压器副边器件的软开关，极大的影响了变换器的效率。

电流型隔离变换器是隔离升压变换器的典型解决方案之一，如附图1，该方案将升压电路置于隔离变换器的原边电路，通过调节开关管的占空比可以实现隔离升压功能，该方案可以有效减小变压器绕组的匝数，整流二极管直接被输出电压箝位、电压应力较低。然而，其主要问题在于原边开关管的电压应力过高，特别是开关管关断时变压器漏感等会引起极大的电压尖峰，严重影响变换器的正常运行，因此必须加入合适的有源或无源吸收电路，导致电路复杂。此外，该电路方案虽然可以实现升压，但升压能力有限，而且开关管不能实现软开关，变换效率也受到影响。

文献“Chuan Yao，Xinbo Ruan，Xuehua Wang，Chi K.Tse.Isolated Buck-Boost DC/DC Converters Suitable for Wide Input-Voltage Range[J].IEEE Transactions on Power Electronics，2011，26(9)：2599-2613.”将非隔离升压电路置于隔离降压变换器的副边，连接在整流电路输出端之后，以此实现隔离升压功能。该方案的主要问题在于变压器副边的整流电路、非隔离升压电路等都是硬开关，而且从输入到输出需要经过两级功率变换，这都会极大的降低变换器的整体效率。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，为隔离升压功率变换场合提供一种开关电容和多绕组变压器构成高增益高频整流隔离变换器。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

所述开关电容和多绕组变压器构成的高增益高频整流隔离变换器由高频交流矩形波电压源(u_in)、变压器(T)、高频电感(L_H)、第一开关管(S₁)、第二开关管(S₂)、第一二极管(D₁)、第二二极管(D₂)、第三二极管(D₃)、第四二极管(D₄)、第一辅助电容(C_a1)、第二辅助电容(C_a2)、输出滤波电容(C_o)和负载(R_o)构成，其中，变压器(T)包括原边绕组(N_P)、第一副边绕组(N_S1)、第二副边绕组(N_S2)和第三副边绕组(N_S3)；所述高频交流矩形波电压源(u_in)的一端连于变压器(T)原边绕组(N_P)的同名端、高频交流矩形波电压源(u_in)的另一端连于变压器(T)原边绕组(N_P)的非同名端。

所述高频电感(L_H)、第一开关管(S₁)、第二开关管(S₂)、第一二极管(D₁)、第二二极管(D₂)、第三二极管(D₃)、第四二极管(D₄)、第一辅助电容(C_a1)、第二辅助电容(C_a2)、输出滤波电容(C_o)、负载(R_o)以及变压器(T)的第一副边绕组(N_S1)、第二副边绕组(N_S2)和第三副边绕组(N_S3)有两种可选的连接方式。