[发明专利]基于开关电感/电容的电容钳位H型升压变换器

说明书

本发明公开了一种基于开关电感/电容的电容钳位H型升压变换器，属于电力电子变换器领域。该变换器在Boost变换器的基础上，结合由电感、电容、二极管组成的改进型开关电感单元、由功率开关管和电容组成的电容钳位H型结构、由二极管和电容组成的开关电容单元，通过控制两个功率开关管的导通与关断，可以改变二极管的通断情况、电路中电感电容的连接方式，从而达到提升电压增益的效果。本发明在实现高电压增益的同时避免极限占空比的出现，提高了电路的安全性和可靠性，开关器件承受的电压应力较低，有助于降低开关器件的导通损耗，适用于燃料电池、光伏电池等新能源发电系统。

技术领域

本发明属于电力电子变换器领域，具体涉及一种基于开关电感/电容的电容钳位H型升压变换器。

背景技术

能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础，对国民经济发展、综合国力提升有着重要的推动作用。但是，随着世界经济与科技的快速发展，传统能源消耗日益加重，能源短缺和能源过度使用所造成的环境污染逐渐成为威胁着人类的生存与发展的两大主要问题。开发高效、经济、清洁、可持续的能源已经成为人类杜会可持续发展的核心命题。

近年来，氢能作为未来绿色可持续发展的新型能源，在世界范围内得到了广泛引用，对氢能应用技术的研究逐渐成为新能源领域的研究热点。质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种经过电化学反应将氢能直接转化为电能的新型发电装置，具有零排放、低温运行、低噪音、启动速度快、高比能量等优点，在新能源汽车、备用电源、航舰电源、固定电源、便携式电源以及热电供应系统等工业领域均有广泛的应用前景。但PEMFC的输出电压低、动态响应慢、输出电压波动较大等缺点，使得燃料电池无法达到电动汽车或其他工业用电的输入需求。为了解决这些问题，提高PEMFC的适用性，需要研究设计适用的高增益DC/DC升压变换器将燃料电池输出的大范围变化、不稳定的低压直流电转换为高质量、高电压、稳定的直流电。

高增益升压变换器通常分为隔离型和非隔离型。在隔离型变换器中，通过设置高频变压器的匝比可以使变换器获得较高的电压增益。但是过高的匝比会影响变压器的线性度，同时也会增加变压器的漏感，进而降低变换器的工作效率。与隔离型DC/DC变换器相比，非隔离型DC/DC变换器结构简单，转换效率高且成本低，被广泛应用于大功率或中等功率的场合。在非隔离型拓扑中，Boost变换器结构简单、灵活，是目前最常用的非隔离型DC/DC升压变换器。但是Boost变换器需要极大的占空比来实现高升压比，占空比过大会给输出侧二极管造成严重的反向恢复问题，而且开关器件的损耗较大，影响变换器的效率。为提高变换器的升压比，国内外研究学者进行了大量研究，并提出了很多解决方案。目前最常用的解决方案是通过引入开关电容/电感单元、耦合电感单元等方法对Boost变换器进行改进。基于耦合电感的升压变换器是通过改变耦合电感绕组匝比来实现较高的电压增益，但是由于漏感的影响，需要引入箝位电路抑制开关管关断电压尖峰；基于开关电感单元的升压变换器拓展了电压增益范围，但是功率器件电压应力依然较大且增益有限；基于开关电容单元的升压变换器中开关器件的电压应力较小，但电压增益有限，仅为传统Boost变换器的两倍。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于开关电感/电容的电容钳位H型升压变换器，通过控制两个功率开关管交错导通，改变电路中电感电容的连接方式、二极管的通断情况，从而达到控制电感电容充放电和提升电压增益的效果。