[发明专利]一种单管准Z源Boost变换器

说明书

本发明公开了一种单管准Z源Boost变换器，包括直流电压源、开关模块、第一二极管、第二二极管、第一电感、第二电感、第一电容、第二电容、第三电容和负载。本发明所提单管准Z源Boost变换器的电压增益为G＝(1+D)/(1‑D)，可以在较低的占空比下实现高增益；且开关模块、第一二极管和第二二极管的电压应力均为(U_in+U_o)/2，第一电容和第三电容的电压应力为(U_o‑U_in)/2，第二电容的电压应力为U_o。与传统二次型Boost变换器相比，相同工况下本发明所提单管准Z源Boost变换器的开关模块、部分二极管的电压应力均得到一定程度的降低，且减少了一个二极管，因此降低了系统损耗、器件选型难度和成本，提高了变换效率。

技术领域

本申请涉及电气技术领域，尤其涉及一种单管准Z源Boost变换器。

背景技术

为了缓解能源危机和环境污染等问题，光伏、风电、燃料电池发电等分布式新能源并网发电技术得到了快速发展。光伏电池组件、燃料电池、蓄电池等电池单元的输出电压较低且宽范围变化，一般为30～48V，而半桥/全桥电压源型并网逆变器所需要的输入电压通常在380/760V以上。为了满足逆变器的输入电压要求，通常需要将多个电池单元串联使用。然而，串联系统很容易因其中某个单元的失效而无法正常工作；而且，为了满足并网逆变器的输入电压要求，往往需要将多个电池单元串联使用，以获得较高输入电压。然而，串联系统的可靠性较低，且为了适应输入电压的宽范围变化，逆变器必须承受很大的电压应力，导致器件选型和效率提升较为困难。若新能源发电系统采用具有高升压能力的DC/DC升压变换器级联逆变器的两级式结构，则上述问题将得到较好的解决。典型的升压变换器为Boost变换器，其理想条件下的电压增益可达到无穷大。然而，由于升压电感和功率器件中的寄生电阻的限制，Boost变换器的实际升压能力非常有限(G≤5)。而且，即使能实现8倍以上的电压提升，也需要将开关管的占空比增大到0.88以上，导致开关损耗严重增加，系统效率急剧下降。

为了在提高电压增益的同时，仍能取得较高的变换效率，各国学者提出了很多高增益变换器拓扑。采用具有高变比的隔离变换器，可以很方便地解决高增益变换问题，但变压器的体积较大，效率较低。采用具有合适匝比的耦合电感，可以显著提高Boost变换器的电压增益，且功率无需全部通过磁芯传递，系统效率明显提高。但耦合电感的原边漏感会和功率管的结电容产生谐振，进而增大其电压应力并降低系统效率，且电磁干扰问题更加突出。采用有源钳位电路可有效抑制功率管电压尖峰，并回收漏感能量，且能实现功率管的ZVS软开关，但控制较为复杂，成本较高。采用Boost变换器级联，能够实现传统Boost变换器电压增益的平方倍，但主电路含有两个开关管及其驱动装置，系统复杂程度和成本没有得到明显改善。为此，有学者提出复用开关管，实现了Boost变换器级联系统前、后级电路的集成。与原级联系统相比，其具有相同的升压能力，因此称为二次型Boost变换器，如图1所示。二次型Boost变换器减少了开关管的数量，降低了系统的控制难度和成本。然而，其采用了三个二极管，且电容的电压应力和原级联系统相同，均远远高于输入电压；此外，开关管和输出侧升压二极管承受了较高的电压应力(等于输出电压)，这些均限制了二次型Boost变换器效率的进一步提升。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种单管准Z源Boost变换器。本发明提供的准Z源Boost变换器可在较低占空比下实现高增益，且具有功率器件少、控制简单、成本低、变换效率高等优点。

为了实现上述目的，本发明提供了一种单管准Z源Boost变换器，包括直流电压源、第一电感、第二电感、开关模块、第一二极管、第二二极管、第一电容、第二电容、第三电容和负载，其中：

所述开关模块的第一端与所述第一电感的一端、所述第三电容的第二端和所述第一二极管的阳极连接；

所述第一电容的第一端与所述第二二极管的阴极、所述第二电容的第一端、所述负载的一端连接；