[发明专利]一种新型高增益直流升压变换器

说明书

本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及一种新型高增益直流升压变换器的拓扑结构，该变换器拓扑结构单元包括：LS网络，CD网络；所述LS网络，采用两个开关管和电感串联的模块相互倒装并联而成；所述CD网络，采用两个电容C1、C2串联，在两串联电容之间接入二极管D2的正极，在电容C2的正极连接二极管D1的负极形成三端网络。本发明提供的一种新型高增益直流升压变换器，用于两级式光伏发电系统中的直流升压环节。其具有电压增益高，控制方法简单，开关管电压应力较小的优点。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及一种新型高增益直流升压变换器。

背景技术

随着科技的发展，人类对能源的需求量越来越大，但由于化石能源的不可再生且其日益枯竭加之环境污染的日益严重，人们对新型可再生、清洁无污染的能源需求愈加强烈。鉴于太阳能取之不尽用之不竭且清洁无污染的特质，克服了传统化石能源的弊端，进而得到了大量的研究与利用。

在利用太阳能发电的光伏发电系统中，光伏阵列输出的低压直流电压都是通过一直流升压变换器与高压直流母线相连，再直接给用电设备使用电能或通过并网逆变器与电网相连。在这个过程中的直流升压变换器是否能有效的把光伏板输出的33-43V的低压直流电源升高到380/760V的高压直流电，成为了光伏发电系统是否能高效转换太阳能的关键。

虽然Boost变换器当占空比接近1时，在理论上其电压增益可以接近无穷大，但随着开关关断时间的缩短：其电感电流纹波，功率器件峰值电流和输出电流纹波都将逐渐变大；其有源开关管和无源开关管的电压应力等于输出电压，过大的电压应力会大大增加变换器的功率损耗降低变换器的传输效率。所以基本Boost变换器在实际应用中为了保证一定的变换效率，其一般只适用于电压增益不大于6的场合。

为了提高电压增益和变换器的能量传输效率，现阶段已提出了大量的用于光伏发电系统中的高增益DC-DC升压变换器。一些文献通过在Boost 电路中引入开关电感的方式，给出了该拓扑在理想条件下的稳态分析，具有简单的控制策略，但该变换器拓扑中开关管的电压应力仍然较高，而其电压增益依然较低。有些文献采用Boost电路多电平输出的方式来实现电压高增益，但要实现高增益的前提是必须增加输出电压的电平数，即电容数量也要随着增加，这大大增加了拓扑结构的复杂性。部分文献采用两个升压变换器前后级联的方式来实现电压的高增益，但是其前后两升压变换器之间存在控制的节拍差，且其后级升压电路中的开关管的电压应力仍然无可避免的高。另一些文献通过在Boost电路中引入开关电容的方式，实现电压的高增益，但随着电压增益的提升，电路中二极管和电容数量也必将大量增加，必将导致其硬件成本的增加。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种控制方法简单、电压增益较高的一种新型高增益直流升压变换器。

具体的技术方案为：

一种新型高增益直流升压变换器，该变换器拓扑单元包括：LS网络，CD网络；

所述LS网络，采用两个开关管和电感串联的模块相互倒装并联而成；

所述CD网络，采用两个电容C1、C2串联，在两串联电容之间接入二极管D2的正极，在电容C2的正极连接二极管D1的负极形成三端网络。

具体的：电感L1的上端和开关管S2的上端相连，直接接低压直流输入电源的正极；电感L1下端和开关管S1上端相连；开关管S2下端和电感L2上端相连；开关管S1的下端和电感L2的下端相连，直接接入低压直流输入电源的负极；二极管D1的正极与开关管S2的上端相连，负极与电容C2的正极相连；电容C2的负极分别与二极管D2的正极、电容C1的负极相连；二极管D2的负极与开关管S2的下端相连；电容C1的正极与电感L1的下端相连；负载Rd与电容C2并联。

所述的一种新型高增益直流升压变换器，对应的三个工作模态分别为：