[发明专利]基于开关电感/开关电容单元的交错并联DC/DC升压变换器

说明书

本发明公开了一种基于开关电感/开关电容单元的交错并联DC/DC升压变换器，属于电力电子变换器领域。该变换器在交错并联升压单元的基础上，结合由电感和二极管组成的开关电感单元、由电容和二极管组成的开关电容单元，通过控制两个功率开关管的导通与关断，可以改变二极管的通断情况、电路中电感电容的连接方式，从而达到提升电压增益的效果。本发明电压增益较高，开关器件承受的电压应力较低，电感电流平均值及纹波较小，有助于降低开关器件的导通损耗及单个电感的体积，适用于燃料电池、光伏电池等新能源发电系统。

技术领域

本发明涉及一种基于开关电感/开关电容单元的交错并联DC/DC升压变换器，属于电力电子变换器领域。

背景技术

能源是人类社会发展的物质基础，对社会的发展具有举足轻重的作用。在能源和环境的双重压力下，以风能、太阳能和氢能等新能源发电技术获得前所未有的发展机遇。燃料电池作为一种清洁、高效的新能源发电装置，可以直接将氢能转化为电能，既不受卡诺循环的限制，也不污染环境，大大提高了能源利用效率。但是，燃料电池具有低电压、大电流输出的电流源特性，难以直接接入逆变系统并网运行，需要带升压功能的前级功率变换器将输出电压抬升到能够满足后级逆变系统需要的电压等级。

高增益升压变换器通常分为隔离型和非隔离型。在隔离型变换器中，通过设置高频变压器的匝比可以使变换器获得较高的电压增益。但是过高的匝比会影响变压器的线性度，同时也会增加变压器的漏感，进而降低变换器的工作效率。相比于隔离型变换器，非隔离型变换器因电路结构简单、成本低而获得中外学者的广泛关注。传统Boost变换器具有拓扑结构简单、控制灵活的特点，但是在占空比允许范围内变换器的电压增益有限，且开关器件承受的电压应力较大。在传统Boost变换器的基础上，许多学者引入交错并联技术、耦合电感、开关电感单元及开关电容单元。交错并联Boost变换器具有更小的输入电流纹波，可以利用均流技术均分变换器功率，但只有工作在极端占空比下才可以获得较高的电压增益且功率器件的损耗较大；基于耦合电感的Boost变换器是通过改变耦合电感绕组匝比来实现较高的电压增益，但是由于漏感的影响，需要引入箝位电路抑制开关管关断电压尖峰；基于开关电感单元的Boost变换器拓展了电压增益范围，但是功率器件电压应力依然较大且增益有限；基于开关电容单元的Boost变换器中开关器件的电压应力较小，但是流过功率开关管的电流有效值较大且电压增益仅为Boost变换器的两倍。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于开关电感/开关电容单元的交错并联DC/DC升压变换器。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于开关电感/开关电容单元的交错并联DC/DC升压变换器，包括输入源、负载、开关电感单元、交错并联升压单元、开关电容单元，其中：

所述开关电感单元包括第一开关电感单元以及第二开关电感单元；第一开关电感单元由第一电感、第二电感、第一二极管、第二二极管、第五二极管构成；第二开关电感单元由第三电感、第四电感、第三二极管、第四二极管、第六二极管构成；第五二极管的阳极接第一电感的一端，引出线接第二二极管的阳极，第一电感的另一端接第一二极管的阳极，引出线接输入源的正极；第五二极管的阴极接第二电感的一端，引出线接第一二极管的阴极，第二电感的另一端接第二二极管的阴极；第六二极管的阳极接第三电感的一端，引出线接第四二极管的阳极，第三电感的另一端接第三二极管的阳极，引出线接输入源的正极；第六二极管的阴极接第四电感的一端，引出线接第三二极管的阴极，第四电感的另一端接第四二极管的阴极；

所述交错并联升压单元包括开关电感单元、第一功率开关管以及第二功率开关管；第一开关电感单元中第二二极管的阴极接第一功率开关管的漏极，第一功率开关管的源极接输入源的负极；第二开关电感单元中第四二极管的阴极接第二功率开关管的漏极，第二功率开关管的源极接输入源的负极；第一开关电感单元、第一功率开关管组成的结构与第二开关电感单元、第二功率开关管组成的结构并联在输入源的两端；