[发明专利]燃料电池发电用的高增益升压直流变换器

说明书

本发明公开了一种燃料电池发电用的高增益升压直流变换器，包括：输入电源V_in正极与电感L₁相连；电感L₁分别与开关管S₁漏极和电容C₁相连；电容C₁分别与二极管D₁阳极、电容C₂和电感L₂相连；电感L₂分别与负载R_L和电容C₄相连；电容C₂分别与二极管D₂阴极和二极管D₃阳极相连；二极管D₃阴极分别与负载R_L和电容C₃相连；输入电源V_in负极分别与开关管S₁源极、二极管D₁阴极、二极管D₂阳极、电容C₃和电容C₄相连。该高增益升压直流变换器具有高电压增益、低器件电压应力、低输入、低输出电流纹波的特点，适用于燃料电池发电领域，在将燃料电池低压直流电提升的同时延长燃料电池的使用寿命。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种燃料电池发电用的高增益升压直流变换器。

背景技术

传统的化石能源发电技术会带来严重的环境污染问题，因此，为了保护环境，实现能源的可持续发展，燃料电池发电受到广泛的关注，燃料电池发电具有效率高、污染小、安全性高等特点，但是由于燃料电池的输出电压比较低，一般为20～60V之间，如果实现燃料电池并网发电，需要具有较高电压增益的变换器来提升直流电压以满足后级逆变器直流母线电压的要求。

在相关技术中，传统的Boost、Buck-Boost、Cuk、Sepic、Zeta等具有升压功能的变换器受到广泛应用，但是由于变换器中存在着寄生参数使得变换器的电压提升能力有限，同时，开关管和输出二极管的电压应力比较大，会带来很高的开关损耗和反向恢复损耗，因此，难以作为燃料电池和并网逆变器的中间接口。对于高增益变换器来讲，如耦合电感型高增益变换器、开关电容型高增益变换器、开关电感型高增益变换器和级联型高增益变换器等多种高增益变换器，其中，耦合电感型高增益变换器可以通过调整耦合电感的原副边匝比实现电压增益的提升，但是耦合电感存在着漏感使得开关管的电压应力增大和变换器的效率降低；开关电容型高增益变换器由于主要依据开关电容的并联充电和串联放电，因此，电路中存在着脉冲电流，使得半导体器件的电流应力大和变换器的效率低；开关电感型高增益变换器通过电感的并联充电、串联放电来提高变换器的电压增益，但是，器件数量较多和二极管的电流应力比较大使得变换器的效率较低。

此外，电流纹波较大会使燃料电池的寿命降低，因此，需要变换器具有较低的输入电流纹波。而开关电感高增益变换器由于电感并联充电、串联放电，输入的电流纹波比较大。同理，开关电容型高增益变换器由于电容的并联充电、串联放电，具有较高的电流纹波。耦合电感型高增益变换器由于耦合电感原边电流在开关管开通和关断时候不同，输入电流纹波比较大。

因此，为提高燃料电池的寿命，满足燃料电池输出电压提升至逆变侧直流母线电压的需求，并实现器件应力低，变换器效率较高的需求，需要继续探究高增益、低电流纹波、低电压应力、高效率的升压变换器。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种燃料电池发电用的高增益升压直流变换器，该高增益升压直流变换器具有高电压增益、低器件电压应力、低输入、低输出电流纹波的特点，适用于燃料电池发电领域，在将燃料电池低压直流电提升的同时延长燃料电池的使用寿命。