[发明专利]基于节点分离和单元嵌入的DC-DC变换器拓扑构造方法

说明书

本发明公开了一种基于节点分离和单元嵌入的DC‑DC变换器拓扑构造方法，包括步骤：1)在出现瞬时尖峰大电流的开关电容DC‑DC变换器中找出工作状态时出现瞬时尖峰大电流的回路；2)将出现瞬时尖峰大电流的回路中的支路分为私有支路和共有支路，将出现瞬时尖峰大电流的回路中的节点分为可拆分节点和不可拆分节点；3)根据实际应用场合选择相应类型的含源开关电感单元，并基于节点分离的嵌入方式，进行一次或多次单元嵌入后，使每个出现瞬时尖峰大电流的回路中有且只有一个含源开关电感单元，最终得到没有瞬时尖峰大电流的新的DC‑DC变换器拓扑。本发明可解决开关电容DC‑DC变换器中存在瞬时尖峰大电流的问题，提高开关电容DC‑DC变换器的输出电压增益。

技术领域

本发明涉及电力电子的技术领域，尤其是指一种基于节点分离和单元嵌入的DC-DC变换器拓扑构造方法。

背景技术

业内习知，开关电容DC-DC变换器在输入源和输出端之间的主网络应用了开关电容单元网络，兼具升压和降压的独特性质，且由于其在较低占空比下较之boost变换器具有更高的电压增益，使得其广泛应用于燃料电池发电和光伏发电中。传统的开关电容DC-DC变换器在工作状态时，开关电容单元中存在瞬时尖峰大电流。对偶原理不适用于这一类开关电容DC-DC变换器，并且开关电容DC-DC变换器的元器件承受的电流应力大和使用寿命短。近年来提出的用于开关电容DC-DC变换器的零电压零电流开关辅助电路解决了这个问题。然而所用的零电压零电流开关辅助电路在解决开关电容单元中存在瞬时尖峰大电流的问题同时也大量增加元器件数量或降低输出电压增益。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种基于节点分离和单元嵌入的DC-DC变换器拓扑构造方法，解决开关电容DC-DC变换器中存在瞬时尖峰大电流的问题，提高开关电容DC-DC变换器的输出电压增益，可根据不同应用情景将含源开关电感单元嵌入到不同位置来得到新拓扑从而满足实际应用要求。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：基于节点分离和单元嵌入的DC-DC变换器拓扑构造方法，包括以下步骤：

1)在出现瞬时尖峰大电流的开关电容DC-DC变换器中找出工作状态时出现瞬时尖峰大电流的回路；其中，所述开关电容DC-DC变换器是指主网络中含有开关电容单元的DC-DC变换器，所述开关电容单元是指由电容和开关管构成的包含一个或多个回路的结构化单元；

2)将出现瞬时尖峰大电流的回路中的支路分为私有支路和共有支路，将出现瞬时尖峰大电流的回路中的节点分为可拆分节点和不可拆分节点；

3)根据实际应用场合选择相应类型的含源开关电感单元，并基于节点分离的嵌入方式，进行一次或多次单元嵌入后，使每个出现瞬时尖峰大电流的回路中有且只有一个含源开关电感单元，最终得到没有瞬时尖峰大电流的新的DC-DC变换器拓扑；其中，所述节点分离是指将与步骤2)所述支路关联的节点或者步骤2)所述可拆分节点分离成两个节点。

在步骤2)中，所述私有支路是指该支路不会同时出现在任意两个步骤1)所述回路中；所述共有支路是指该支路会同时出现在两个或多个以上步骤1)所述回路中；所述可拆分节点须满足条件：在所述开关电容DC-DC变换器中与该节点相关联的支路的数量等于或大于3；所述不可拆分节点须满足条件：在所述开关电容DC-DC变换器中与该节点相关联的支路的数量小于或等于2。

在步骤3)中，所述含源开关电感单元包括电压源、电感和MOS管；由于所述含源开关电感单元中元件之间能够有两种连接关系，因此有两种类型含源开关电感单元：第一种类型的含源开关电感单元的电压源正极与电感的一端连接，电感的另一端与MOS管的漏极连接，MOS管的源极与电压源的负极连接；第二种类型的含源开关电感单元的电压源的负极与电感的一端连接，电感的另一端与MOS管的源极连接，MOS管的漏极与电压源的正极连接。

在步骤3)中，所述基于节点分离的嵌入方式有三种：