[发明专利]非隔离型低电流纹波高电压增益软开关DC-DC变换器

说明书

本发明公开一种非隔离型低输入电流纹波高输出电压增益软开关DC‑DC变换器，由高增益升压电路和软开关辅助电路组成，所述高增益升压电路包括由主电感、电容、二极管和主开关管组成的第一升压电路和第二升压电路，第一升压电路和第二升压电路的输入端采用两相交错结构并联，第一升压电路和第二升压电路的输出端通过由开关电容结构实现两相串联，软开关辅助电路由辅助电感和辅助开关管组成，软开关辅助电路与其中一相并联，实现了两个升压电路路主开关管的零电压导通；第一升压电路和第二升压电路的电感和辅助电感集成在一个磁芯。

技术领域

本发明涉及直流-直流变换器技术领域，具体为一种非隔离型低输入电流纹波高输出电压增益软开关DC-DC变换器。

背景技术

随着传统化石能源(如石油、煤炭、天然气等)的迅速消耗和环境污染的加剧，合理、有效地利用能源受到了人们的关注。可再生能源由于具有可持续利用和对环境的污染小的优势受到了广泛关注。对于可再生能源而言，太阳能光伏发电、风力发电和燃料电池动力等系统受到了人们越来越多的重视，尽管目前已经取得了一定的成果，但由于太阳能电池板、燃料电池等新能源输出电压较低，大约为20～40V，而后级的逆变器需要较高的直流母线电压，因此新能源与直流母线电压之间需要具有高增益特性的DC-DC变换器。此外，新能源发电要求输出的电流纹波足够下，否则将缩短其使用寿命，这要求DC-DC变换器还具有低输入电流的特性。

根据DC-DC变换器的输入输出是否电气隔离，高增益DC-DC变换器可分为非隔离和隔离两种类型。隔离型高增益DC-DC变换器能够将光伏电池和燃料电池等利用可再生能源的发电组件与输出端电气隔离，从而消除了系统中可能存在的共模漏电流，因而通常应用于安全性要求较高的场合；相较于隔离型，非隔离型DC-DC变换器则减少了隔离变压器，变换器的结构更加简单，能够有更高的能量传递效率和工作可靠性，并且能大大降低变换器的成本。在对安全性没有严苛要求的应用场合，非隔离性DC-DC变换器有着广泛的应用。

高增益DC-DC变换器主要有以下几种实现方式：第一种，在传统的BOOST电路中增加倍压电路，主要有加入开关电容的方式和加入开关电感的方式。通过此方式可以将传统BOOST电路的电压增益拓扑为原来的2倍甚至更高，但新得到的变换器依然面临传统升压电路的缺点，诸如二极管反向恢复损耗高，开关管为硬开关，开关损耗大等问题。第二种，将非隔离型DC-DC变换器的输出侧和输入侧串联，使得输出电压为原边侧和副边侧电压之和，提高了输出电压的增益。此类型变换器结构和非隔离型基本相同，因此也存在结构复杂，变换器能量密度低的缺陷。第三种，多路输出串联从而实现输出电压的提高，此类电路不仅能够提高输出的电压增益，而且通过采用多路并联结构降低了输入电流纹波。这两个特点很好的满足了新能源发电系统对变换器输入电流和输出电压的要求，但是依然存在硬开关的问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种新型非隔离型低输入电流纹波高输出电压增益软开关DC-DC变换器，本发明提出的变换器通过引入辅助电路，使得开关管实现软开关，很好的解决了现有技术问题。因此，本发明提出的非隔离型低输入电流纹波高输出电压增益软开关DC-DC变换器能够很好的应用于新能源发电系统中。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

非隔离型低输入电流纹波高输出电压增益软开关DC-DC变换器，由高增益升压电路和软开关辅助电路组成，所述高增益升压电路包括由主电感、电容、二极管和主开关管组成的第一升压电路和第二升压电路，第一升压电路和第二升压电路的输入端采用两相交错结构并联，第一升压电路和第二升压电路的输出端通过由开关电容结构实现两相串联，软开关辅助电路由辅助电感和辅助开关管组成，软开关辅助电路与其中一相并联，实现了两个升压电路路主开关管的零电压导通；第一升压电路和第二升压电路的电感和辅助电感集成在一个磁芯。

进一步的，与软开关辅助电路并联的主开关管采用占空比交替变化的PWM调制方式，为辅助电流提供能量衰减通道。