[发明专利]一种高增益零纹波无源钳位型Boost变换器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种高增益零纹波无源钳位型Boost变换器及其控制方法，属于电力电子变换器技术领域。本发明中L_in一端连接电源V_in正极，另一端连接L₁一端、S₂的漏极、C₁一端；C₁另一端连接D₁阴极、C₀一端、负载电阻一端；S₂的源极连接L₂一端和C₃一端；L₁另一端连接S₁的漏极、D₁阳极和C₂一端；C₂另一端连接D₂阳极、D₄阴极；C₃另一端连接D₂阴极、D₃阳极；电源V_in负极连接S₁的源极、L₂另一端、二极管D₃阴极以及C₄一端；C₄另一端连接二极管D₄阳极、C₀另一端、负载电阻另一端。该变换器在传统开关电感变换器的基础上，克服了输入电流纹波大、电压增益低的缺点，并且由于无源钳位电路的引入，抑制了传统开关电感结构中普遍存在的开关管电压谐振问题。

技术领域

本发明涉及电力电子变换器技术领域，具体地说，涉及一种高增益零纹波无源钳位型Boost变换器及其控制方法。

背景技术

随着全球能源及环境问题的不断突显，以光伏和燃料电池为代表的新能源发电技术，因其高效、无污染、可再生以及不受地域限制等特性而被广泛关注。然而，在新能源发电系统中，光伏电池板和燃料电池的输出电压较低，一般为20V-50V左右，无法直接提供给电网发电或本地负载供电。为了使燃料电池和太阳能光伏电池板等捕获的能源适应并网发电或者给本地负载供电，需要一种高增益DC-DC变换器将其较低的输出电压提升到200V以上的较高直流电压，再经过逆变器并网发电或者给负载供电。在此应用背景下，研究具有可靠性、高效性、体积小、功率密度大、电压增益高的升压变换器具有重要现实意义。

在不间断电源、新能源发电等应用场合中，高增益DC/DC变换器得到了广泛应用。传统开关电感Boost变换器主要存在以下问题：1)电压增益较小，有待进一步提高；2)电流纹波较大，应用于燃料电池系统会缩短燃料电池的使用寿命；3)电路元件参数不一致(即电感L₁、L₂不完全相等或开关管寄生电容大小不相等的情况)会导致开关管电压谐振，增大开关管电压应力；4)输入输出不共地带来严重电磁干扰。

针对以上问题，已有较多解决方案存在。如专利申请号201811529148.9，公开了一种单管高增益零纹波DC-DC变换器，该申请案包括直流输入电源、第一电感L₁、无源零纹波电路、开关管S、第三电容C₃、倍压单元、第三二极管D₀、第六电容C₀和负载R。前述无源零纹波电路包括第二电感L₂、第一电容C₁、第二电容C₂及第一耦合电感T₁；倍压单元包括第二耦合电感T₂、第四电容C₄、第五电容C₅、第一二极管D₁及第二二极管D₂。该申请案具有较高的升压能力，能够在不受占空比的限制下实现输入电流零纹波。

又如专利申请号201810205858.X，公开了一种双开关DC-DC变换器，该申请案包括直流电源、电感、第一开关管模块、第二开关管模块、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一电容、第二电容和第三电容；该申请案的双开关DC-DC变换器的增益为2/(1-2D)，可以在较低的占空比下实现高增益，降低了开关管的导通损耗。