[发明专利]一种基于耦合电感的高增益储能降压转换器

说明书

一种基于耦合电感的高增益储能降压转换器，包括一个耦合电感N、四个开关S₁、S₂、S₃及S₃、三个能量传递电容C₁、C₂及C₃、一个输出电感L和一个输出电容C₀。借助耦合电感器和开关电容技术，本发明不需要极端占空比即可实现高电压增益。利用控制器输出带有死区的PWM信号控制开关管，可以实现零电压开关。本发明可以实现较低的开关应力，能使用额定电压低的开关管来降低传导损耗。此外，本发明具有零磁化电流、输出电流连续、耦合电感的漏感能量可以回收利用、转换效率高等优点。

技术领域

本发明属于开关电源设计技术领域，设计了一种基于耦合电感的高增益储能降压转换器。借助耦合电感器和开关电容技术，所设计的转换器不需要极端占空比即可实现高电压增益。

技术背景

分布式发电具有安装灵活、供电方便、建设周期短和环保等特点，在集中式发电和大电网基础上，大力发展分布式发电技术，使分布式电源供电与大电网供电相互补充、协调是今后电力发展的必然趋势。然而，由于光照强度和风力资源均随时间发生周期性或非周期性变化，光伏电池板和风力发电设备的输出功率也随之发生变化，因此分布式发电在时间上具有间歇性或不连续性。为使负载端得到连续稳定的供电，目前绝大多数的分布式发电系统中均加入了储能单元。分布式发电系统中的储能单元由电能转换器和储能设备构成，在供电系统中能起到削峰填谷，稳定输出和提高电能质量的作用。储能环节解决了能源生产和消费的不同步性问题，使能源在时间和空间上具有可平移性，实现了能源共享的目标。DC/DC变换器是实现储能系统的能量双向流动的重要部件，因而有必要对其进行研究。

发明内容

为了克服传统Buck变换器实现高降压会出现极端占空比情况的局限性，本发明利用耦合电感来解决这一问题，通过提高匝数比来增加电压增益从而避免出现极端占空比的情况。本发明的耦合电感中没有直流励磁电感电流，能提高耦合电感的铁芯利用率，并且降低耦合电感的铁损，四个开关管都实现了零电压开启，避免了米勒效应的出现，降低了开关损耗。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于耦合电感的高增益储能降压转换器，包括一个耦合电感N、四个开关S₁、S₂、S₃及S₃、三个能量传递电容C₁、C₂及C₃、一个输出电感L和一个输出电容C₀；开关S₁的一端和电压输入相连，开关S₁的另一端和电容C₁相连；开关S₂的一端和地相连，开关S₂的另一端接在开关S₁和电容C₁之间；耦合电感初级侧N1同名端和电容C₁相连，耦合电感初级侧N1非同名端和耦合电感次级侧N2的同名端相连并且连接电容C₃；开关S₃一端和电容C₃、输出电感L相连，开关S₃另一端和耦合电感次级侧N2非同名端相连；电容C₂一端接地，电容C₂另一端连在耦合电感次级侧N2非同名端与开关S₃之间；开关S₄一端接地，开关S₄另一端连在开关S₃与输出电感L之间，输出电感L与输出电容C₀、负载R相连，所述输出电容C₀和负载R并联。

进一步，所述四个开关S₁、S₂、S₃及S₃均与二极管D并联。