[发明专利]一种燃料电池用双耦合交错式升压变换器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种燃料电池用双耦合交错式升压变换器及其控制方法，包含交错式Boost单元、中间倍压电路和串联电容输出端，交错式Boost单元包含直流电源Vsubgt;in/subgt;、反向耦合电感Lsubgt;1/subgt;、Lsubgt;1’/subgt;、限流二极管Dsubgt;3/subgt;和两个开关管Qsubgt;1/subgt;、Qsubgt;2/subgt;，中间倍压电路包含正激耦合电感Lsubgt;2/subgt;、Lsubgt;2'/subgt;、中间储能电容Csubgt;1/subgt;和二极管Dsubgt;1/subgt;、Dsubgt;2/subgt;。本发明具有更高的电压增益，系统动态响应能力强，能够有效抑制电流纹波且能量转换效率较高。

技术领域

本发明涉及一种变换器及其控制方法，特别是一种燃料电池用双耦合交错式升压变换器及其控制方法。

背景技术

伴随着化石能源的大量消耗环境污染问题日益突出，亟需寻求一种清洁无污染的替代能源。而氢能来源广泛、燃烧效率高、清洁环保，被认为是当前最具发展空间的替代能源。氢能的主要利用形式就是燃料电池，氢燃料电池将氢和大气中的氧反应转换为电能，具有零污染、工作效率高以及运行时几乎无噪声的优点，然而燃料电池单体输出电压普遍偏低且稳定性差、输出电流偏大、冷启动慢、动态响应能力差，很难直接驱动负载工作，因此研究一种高性能DC-DC变换器作为燃料电池供电系统的前级变换不可或缺。

理论上讲Boost升压变换器往往通过提高占空比、开关管频率以及通过多变换器级联的方式，达到提高变换器电压变换比的目的。通常存在以下问题，首先占空比提高到极端状态会严重降低系统的工作效率，其次受限于开关器件本身的限制其开关频率也不能设计的太高，再次多变换器级联时其总能量转换效率为各个变换器相乘，故其能量转换效率偏低。另外其电流纹波较大，过高的低频电流纹波对燃料电池有一定的危害，导致氢燃料利用率下降，燃料电池工作效率降低，尤其是100HZ左右的低频纹波会加速质子交换膜的降解，严重影响电池的寿命。针对电流纹波如何抑制的问题，现有文献已经提出了一种交错并联工作的升压变换器，能够在一定程度上减少电流纹波，但其电压增益与单级升压变换器相当，往往并没能得到有效的提升。

隔离型变换器也能够对纹波进行抑制，并且通过调节变压器原副边匝数比，达到提高系统升压比的目的，但随着线圈匝数比的增大其漏感会增加很多，开关管应力较大，变换器能量转换效率不高。开关电容变换器通过电容充放电也能够达到提高电压增益的目的，但其在充放电过程中电流尖峰脉冲较大，也有文献结合耦合电感开关电容单元与传统Boost变换器，得到了具有较高增益与较低电流纹波的变换器系统，但有些变换器采用两级变换器级联，其能量转换效率并不高。如何在增加电压输入范围与有效抑制电流纹波的前提下，提高变换器的升压比与能量转换的效率，已经成为燃料电池供电系统的研究热点之一。因此在基本升压变换器的基础上结合现有技术设计一种燃料电池用新型DC-DC升压变换器。

发明内容

本发明公开了一种燃料电池用双耦合交错式升压变换器及其控制方法，具有更高的电压增益，系统动态响应能力强，能够有效抑制电流纹波且能量转换效率较高。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：