[发明专利]高效率非隔离DC-DC转换器

说明书

一种高效率非隔离DC‑DC转换器，要考虑超级电容器的充电特性、DC‑DC变换器的拓扑结构、软开关和硬开关的选择、功率开关管的选型。所述对超级电容的充放电特性进行了详细的分析，并给出了针对于不同的使用场合，超级电容选型的方法。另外提出了隔离型、非隔离型、硬开关、软开关等几种可行的DC‑DC变换器解决方案，并对每种方案进行了详细的介绍、分析，基于非隔离型软开关技术的DC‑DC变换器拓扑结构图。

技术领域

本发明涉及一种高效率非隔离DC-DC转换器，属于机械制造技术领域。

背景技术

超级电容器的原理是利用双电层原理，超级电容器两端有电压时，正电荷储存于正极板，负电荷储存于负极板，利用电荷产生的电场力平衡电解液的内电场，此时的电荷分布层被称作双电层，储存的电容量非常大。当然超级电容器的缺点就是存在非正常工作的状态，随着超级电容器放电过程的进行，正、负极板上的电荷被外电路泄放，电解液的电荷相应减少。因而，只要放电一开始，其端电压就会立即下降，没有一个相对稳定的电压，这一点与传统的化学电池不同，电压与放电时间曲线见附图1。所以，还需要加入PWM升压斩波电路，保证具有较宽的电压输入范围。

PWM升压斩波变换器是最常用的一种双向DC-DC变换器(相当于两个单向DC-DC变换器的反并联)，基本结构如附图2。双向心变换器的优点在于具有高效率、体积小、动态性能好、低成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是使用DC-DC变换器在超级电容器放电开始时，该装置使超级电容器具有较宽的输入电压范围，使超级电容器和普通的锂电池一样具有一个相对稳定的电压。

为解决上述技术问题，本发明是按如下方式实现的：一种高效率非隔离DC-DC转换器，由辅助开关S1，两个耦合电感La2、Lr2，一个二极管Da3和两个谐振电容器Cr1和Cr2组成，辅助电路为S1的软开关提供了条件；从电压源v1出来，一部分电压经过La2与Lr2组成的升压器进行升压，另一部分则通过Cr1进行对电容充能，升压后的一部分电能则给Cr2进行电容充能，利用3个MuR460管进行各部分充放电的动态调节，最终目的是为了保证输出电压保持稳定输出电压；

在一个开关周期中，该转换器具有7个操作时间间隔。

本发明的积极效果是：实现了高压、低压的隔离，更安全，有利于阻抗匹配，同时具备较高的转换效率和良好的动态响应。

附图说明

图1为超级电容器端电压与放电时间关系曲线。

图2双向DC-DC变换器结构。

图3DC-DC升压变换器拓扑结构。

图4升压电路的各阶段等效电路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-4所示，一种高效率非隔离DC-DC转换器，由辅助开关S1，两个耦合电感La2、Lr2，一个二极管Da3和两个谐振电容器Cr1和Cr2组成，辅助电路为S1的软开关提供了条件。从电压源v1出来，一部分电压经过La2与Lr2组成的升压器进行升压，另一部分则通过Cr1进行对电容充能，升压后的一部分电能则给Cr2进行电容充能，利用3个MuR460管进行各部分充放电的动态调节，最终目的是为了保证输出电压保持稳定输出电压。为了简化理论分析，假设所有器件都是理想的，电感L1足够大，在一个开关周期的电流是恒定的。因此，耦合电感的漏电感很小，可以忽略不计。

在一个开关周期中，该转换器具有7个操作时间间隔，升压模式下的等效电路如附图4所示。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本发明相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。