[发明专利]一种抽头耦合电感式非隔离型直流升压变换器及调制方法

说明书

本发明涉及一种抽头耦合电感式非隔离型直流升压变换器及调制方法，包括：1个带有中间抽头的耦合电感、2个全控型电力电子开关器件、4个电力二极管和2个电容器，本发明提供的电路拓扑采用非过导通调制与过导通调制两种调制方式，获得不同电压增益特性。在过导通调制下其电压增益显著高于传统Boost电路，可满足较高电压增益场合应用需求。同时该拓扑含有两个对称开关管，减小电压应力，适应更高电压等级应用需求。

技术领域

本发明涉及一种电力电子功率变换技术领域，具体涉及一种抽头耦合电感式非隔离型直流升压变换器及调制方法。

背景技术

直流升压变换器是一类重要电力电子变换装置，在开关电源、可再生能源发电以及直流电力系统中存在广泛应用。一般直流升压变换器按照输入-输出侧是否实现电气隔离可分为隔离型与非隔离型两类。其中非隔离型直流升压变换器，具有效率高、功率密度大的优点，广泛使用于光伏发电、开关电源供电、主动功率因数校正等领域，其代表性拓扑为经典Boost拓扑结构。

受制于其工作原理，经典Boost拓扑升压能力较弱，且开关管所承受电压应力较大，不适合应用在：

电压等级较高场合(如直流配电网、大型直流光伏电站、直流风电场)和需要较大升压比的场合。

发明内容

为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种抽头耦合电感式非隔离型直流升压变换器及调制方法，升压能力得到进一步提升，在相同调制模式与工作占空比下，稳态直流电压增益显著高于既有拓扑结构，从而可以在相同工况下采用更小的占空比，提升效率。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种非隔离型三电平直流升压变换器，其改进之处在于，包括：带有中间抽头的耦合电感、四个二极管、两个全控型电力电子开关器件和两个电容器；所述带有中间抽头的耦合电感的一端与电源输入端的正极连接，另一端与第四二极管的阳极连接；所述第四二极管的阴极分别与第三二极管的阴极和第一二极管的阳极连接；所述第三二极管的阳极连接在耦合电感的中间抽头处；所述第一二极管的阴极与电源输出端的正极连接；所述第二二极管的阴极与电源输入端的负极连接，阳极与电源输出端的负极连接；

所述两个全控型电力电子开关器件分别为第一全控型电力电子开关器件S₁和第二控型电力电子开关器件S₂；所述两个电容器分别为第一电容器和第二个电容器；其中第一全控型电力电子开关器件S₁的源极分别与第四二极管的阴极和第一二极管的阳极连接；漏极与第二全控型电力电子开关器件S₂的源极连接；第二控型电力电子开关器件S₂的漏极分别与电源输入端的负极和第二二极管的阴极连接；第一个电容器的正极分别与所述第一二极管的阴极和电源输出端的正极连接；第一电容器的负极与另一个电容器的正极连接；第二个电容器的负极分别与第二二极管的阳极和电源输出端的负极连接；第一全控型电力电子开关器件S₁和第二全控型电力电子开关器件S₂之间的连接点与两个电容器之间的连接点连接。

进一步地，所述带有中间抽头的耦合电感为双绕组形式。

进一步地，所述第一二极管用于第一全控型电力电子开关器件S₁导通时第一电容器经由第一全控型电力电子开关器件S₁支路放电，所述第二二极管用于第二全控型电力电子开关器件S₂导通时第二电容器经由第二全控型电力电子开关器件S₂支路放电，所述第三二极管用于阻止非过导通调制或过导通调制下抽头耦合电感释放能量时L2非同名端电流灌入中间抽头点，第四二极管用于阻止非过导通调制或过导通调制下抽头耦合电感充入能量时中间抽头点电流灌入L2非同名端。

进一步地，第一全控型电力电子开关器S₁和第二全控型电力电子开关器件S₂均反并联有二极管。