[发明专利]一种基于松耦合变压器的谐振高增益DC-DC装置

说明书

本发明公开了一种基于松耦合变压器的谐振高增益DC‑DC装置，由高频逆变电路、谐振器电路和整流与滤波电路构成；直流电源经高频逆变电路逆变成高频方波电源后接入谐振器电路，谐振器电路是由松耦合变压器和分别设置在松耦合变压器的原边和副边的谐振补偿电容构成的谐振网络；高频方波电源经松耦合变压器的原副边磁场耦合实现能量传输，设置谐振器电路工作在谐振状态，并且高频逆变电路的开关频率与谐振器电路的自谐振频率相同，以整流及滤波电路为接收侧，经松耦合变压器传输到接收侧的高频方波源，在经过整流及滤波电路后转变为直流电压源，实现谐振高增益DC‑DC转换；其电路拓扑简单，一级变换即可实现高增益DC‑DC变换，损耗低、功率密度大、工作效率高。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，涉及隔离式高增益DC-DC电压变换器，更具体地说是一种基于松耦合变压器的谐振高增益DC-DC装置。

背景技术

随着全球环境的日益恶化和能源日趋紧张，清洁可再生的新能源的重要性愈加凸显，电力电子技术是新能源变换的核心技术，在电力电子技术中，DC-DC变换器占据着重要的位置。由于光伏电池、燃料电池等输出电压较低，单体电池的电压甚至只有3V左右，如何实现高增益升压变换是可再生能源利用过程中需要解决重要问题。

对于理想Boost变换器而言，当占空比接近于1的时候，增益接近于无穷大，而在实际电路中，过高的占空比会导致变换器效率变低并且会带来开关通断时较大的尖峰电压，而过高的dv/dt会导致EMI变大等一系列问题，此外在实际电路中由于寄生参数的影响，当升压比达到6-8的时候，电压就无法继续上升。对于这种现象国内外学者提出诸多解决方案。主流的解决方案可以分为两大类，升压DC-DC变换器分类如图2a所示。

第一类是通过变换器的级联和拓扑的组合来提高升压比，诸如boost与boost级联(如图2b所示)、boost和flyback级联(如图2c所示)、boost和桥式DC级联、倍压器交错升压变换器等方案；这种方法存在的问题主要有两点，第一点是组合之后的变换器效率等于前级变换器效率乘以后级变换器效率，这样多级式的结构会降低变换器总的效率；第二点是变换器级联时阻抗匹配的问题。一般在变换器级联时，前级变换器称之为源变换器，后级的变换器称之为负载变换器，源变换器和负载变换器分别独立工作时是稳定的，但是它们组成的级联系统可能不稳定，这主要是由于负载变换器的负阻抗特性与源变比器的输出阻抗不匹配引起的，对于源变换器而言，负载变换器一般表现为恒功率特性，当输入电压上升时，输入电流将会减小，此时负载变换器的输入阻抗就相当于是一个负阻抗。变换器工作于级联模式会降低系统的稳定性，增加系统的控制环路的设计难度。

第二类是利用变压器隔离的DC变换器，诸如反激变换器(如图2d所示)、正激变换器、桥式DC变换器等，可以直接通过改变变压器的匝比，来提高变换器的升压比，从而得到一个较高的电压增益。这种高变比变压器存在的主要问题是，低压侧呈现低压大电流特性而高压侧呈现高压低电流特性，这对开关器件的应力有较高的要求；此外过高的匝数比会导致系统在满载情况下效率变低，而且变压器绕制时过多的匝数产生级间寄生参数对高频工作的变换器也会产生较大影响，过多的匝数还会对变压器的制作增加难度。

现有的高增益DC变换器普遍存在着效率较低，控制环路设计复杂，工作稳定性低，变压器设计难度大等问题。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种基于松耦合变压器的谐振高增益DC-DC装置，以优化现有技术中电路结构存在着的变换器效率较低，控制环路设计复杂，工作稳定性低，变压器设计难度大的问题。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：