[发明专利]一种燃料电池用高增益低应力DC/DC变换器

说明书

本发明公开了一种燃料电池用高增益低应力DC/DC变换器，包括燃料电池、准Z源电路、开关电容电路和负载,准Z源电路包括第一储能电感、第二储能电感、第一储能电容、第二储能电容、二极管、功率开关管，开关电容电路包括第一开关电容、第二开关电容、第三开关电容、第一开关二极管、第二开关二极管、第三开关二极管。本发明通过准Z源电路的作用，在占空比较小的情况下可获得电压高增益，有效避免出现极端占空比的问题，同时通过开关电容电路的作用，实现器件低电压应力。

技术领域

本发明涉及变换器领域，特别是涉及一种燃料电池用高增益低应力DC/DC变换器。

背景技术

随着交通工具数量的日益增长，大量化石燃料的使用导致了严重的能源短缺和环境污染问题，大力发展新能源汽车成为了目前迫切的要求。燃料电池汽车由于其清洁，高效的特点备受汽车行业青睐，然而发展燃料电池汽车存在着诸多问题，比如燃料电池的输出特性软，随着输出电流的增大，输出电压迅速下降，无法直接用于汽车供电。因此，研发一种具有高增益的DC/DC变换器成为了发展燃料电池汽车的重中之重。传统的Boost电路很难获得高电压增益，无法满足燃料电池汽车的需求，并且在高增益的时候，开关管会出现极端占空比的问题，使得开关管的导通时间过长，对开关管造成损害。

现有的一些非隔离式高增益DC/DC变换器中，存在着开关管、电容等器件的电压应力过大、输入端和输出端不共地的问题，一方面为变换器器件选型带来困难，另一方面输入端和输出端不共地的结构会在输入和输出间产生高频的脉动电压，降低了变换器工作的可靠性。而现有的隔离式DC/DC变换器能够通过耦合电感获得很高的电压增益，但隔离式的结构使得变换器的体积增大，不适用于燃料电池汽车的使用，不能满足人们的日常需求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种燃料电池用高增益低应力DC/DC变换器，具有高增益、低应力、控制简单、输入端和输出端共地等优点。

一种燃料电池用高增益低应力DC/DC变换器，包括燃料电池Uin、二极管D1、准Z源电路、开关电容电路和负载R_L，所述准Z源电路包括第一储能电感L1、第二储能电感L2、第一储能电容C1、第二储能电容C2、二极管D2、和功率开关管Q；所述开关电容电路包括三个储能电容、三个二极管交错组成；所述第一储能电感L1的两端分别与燃料电池正极、第二储能电容C2负极和二极管D2阳极进行连接，第一储能电容C1的两端分别与第二储能电感L2正极和二极管D2阴极进行连接，功率开关管Q的源极与燃料电池负极进行连接，第一开关电容C3的正极和第二开关二极管D4的阴极连接、第二开关电容C4的正极和第三开关二极管D5的阴极连接、第三开关电容C5的正极和第一开关二极管D3的阴极连接；即开关电容网络由C3-D4、C4-D5、C5-D3组成。

进一步地，所述开关电容电路包括第一开关电容C3、第二开关电容C4、第三开关电容C5、第一开关二极管D3、第二开关二极管D4和第三开关二极管D5，第一开关电容C3的正极和第二开关二极管D4的阴极连接、第二开关电容C4的正极和第三开关二极管D5的阴极连接、第三开关电容C5的正极和第一开关二极管D3的阴极连接，从而组成交错结构。通过开关电容网络的增压功能可以改善升压转换器的电压增益。

进一步地，所述变换器实现了输入与输出之间的共地，绝对公共的接地避免了输入接地和输出接地之间的额外du/dt的问题。

进一步地，所述第一工作模态下，燃料电池通过串联第二储能电容C2和功率开关管Q为第一储能电感L1充电，同时燃料电池通过串联第一储能电容C1和功率开关管Q为第二储能电感L2充电，第三开关电容C5通过第二开关二极管D4和功率开关管Q给第一开关电容C3充电

进一步地，所述第二工作模态下，第一储能电感L1通过二极管D2给第一储能电容C1充电，第二储能电感L2通过二极管D2给第二储能电容C2充电。第一储能电感L1和第二储能电感L2串联通过二极管D2和第三开关二极管D5给负载供电。同时第一储能电感L1和第二储能电感L2串联通过第一开关二极管D3给第三开关电容C5充电。