[发明专利]具有宽转换比的非隔离型Buck-Boost直流变换器

说明书

本发明涉及一种具有宽转换比的非隔离型Buck‑Boost直流变换器，由输入直流电源V_in，电感L₁、L₂和L₃，升压电容C₁、C₂，输出滤波电容C_o，二极管D₁、D₂、D₃和D₄，功率开关管S₁，S₂以及负载R_o组成。通过电感和电容的并联充电、串联放电的特性实现了低占空比，高电压增益的目标。可以在没有极端占空比的情况下获得高升压电压增益；电路仅使用了两个功率开关管，所提出的变换器拓扑结构和控制是简单的；通过新的电路拓扑获得较宽范围内的输出电压，拓宽了buck‑boost变换器的适用范围；真正意义上的实现在没有极端占空比的情况下获得高升压电压增益，实现更高转换效率和更宽范围内的电压增益。

技术领域

本发明涉及一种直流变换器，特别涉及一种具有宽转换比的非隔离型Buck-Boost直流变换器。

背景技术

随着近年来对可再生能源的关注显著增加，DC-DC变换器已广泛应用于电力能源应用。随着技术的快速发展，Buck-Boost直流变换器在新能源开发利用领域发挥着重要作用，如用于太阳能系统、燃料电池、风力发电和光伏发电等。虽然传统的Buck-Boost直流变换器结构简单，但是由于在中等占空比下转换效率的限制和比较低的电压增益，并未获得广泛推广。因此，更宽转换比和更高电压增益的Buck-Boost直流变换器已受到了越来越多的重视。众所周知，Buck-Boost直流变换器和Cuk直流变换器是两种典型的传统反极性变换器，它们的电压转换比(-D/(1-D)，D是占空比)是相同的。它们可以输出比输入电压更高或更低的电压。虽然从理论上分析，它们可以在占空比D接近1或0时产生极高的升压或降压输出，但是在实际应用中，极端占空比情况下由于功率开关管和二极管的限制不能满足输出需求。虽然隔离型Buck-Boost直流变换器含有高压变压器(HVT)可用于获得更大的电压转换比，但是HVT由于体积庞大且非理想性，会导致开关电压过冲和EMI问题，并增加传导损耗并且降低变换器效率。虽然也有利用耦合电感技术的直流变换器，通过调整匝数比实现高电压增益。然而，漏电感会增加开关管额外的功率损耗，并且需要额外的钳位电路进行补偿。

传统的Buck-Boost直流变换器结构简单，但是在中等占空比下转换效率和电压增益较低。从理论上分析，可以在占空比D接近1或0时产生极高的升压或降压输出，在实际应用中，极端占空比情况下由于功率开关管和二极管的限制不能满足输出需求。

隔离型Buck-Boost直流变换器含有高压变压器(HVT)，由于HVT体积庞大且非理想性，会导致开关电压过冲和EMI问题，并增加传导损耗且降低变换器效率。

部分变换器利用耦合电感技术，通过调整匝数比实现高电压增益。然而，漏电感会增加开关管额外的功率损耗，并且需要额外的钳位电路进行补偿。

发明内容

本发明是针对现在直流变换器存在的问题，提出了一种具有宽转换比的非隔离型Buck-Boost直流变换器，可以将输入电压升压或降压输出，另外电压增益远高于传统的Buck-Boost的电压增益，可以在没有极端占空比的情况下获得高升压电压增益，如占空比D为0.8的情况下可获得44倍的电压增益，在提出的直流变换器中，使用了两个开关管，变换器拓扑结构和控制是简单的。真正意义上的实现在没有极端占空比的情况下获得高升压电压增益，实现更高转换效率和更宽范围内的电压增益。。