[发明专利]基于开关电容和耦合电感的高电压增益双向DC-DC变换器

摘要

本发明公开了一种基于开关电容和耦合电感的高电压增益双向DC-DC变换器，由交错并联Boost变换器和耦合电感以及开关电容组合而成；其电路包括N/2个耦合电感T₁[L₁、L₂]，T₂[L₃、L₄]……T_(n/2)[L_(n-1)、L_n]；2N个高频功率开关S₁，S₂……S_n及Q₁，Q₂……Q_n；N-1个高频开关电容C₁，C₂……C_(n-1)；两个输入、输出滤波电容C_L和C_H。可有效地降低低压侧功率器件的电流应力和高压侧功率器件的电压应力，采用耦合电感进一步降低输入电流纹波和电感体积，提高变换器效率，实现了高效率、高电压增益的双向DC-DC能量变换。本发明交错并联、磁集成和开关电容技术的结合，使得本发明中的新型拓扑不仅具备了交错并联变换器的特性，如低输入电流纹波、易于EMI设计等特点，还达到了输入输出电压大变比及更低的开关电压应力的目的。

主权项

一种基于开关电容和耦合电感的高电压增益双向DC‑DC变换器，其特征在于，由交错并联Boost变换器和耦合电感以及开关电容组合而成；该高电压增益双向DC‑DC变换器的电路包括N/2个耦合电感T₁[L₁、L₂]，T₂[L₃、L₄]……T_(n/2)[L_(n‑1)、L_n]；2N个高频功率开关S₁，S₂……S_n及Q₁，Q₂……Q_n；N‑1个高频开关电容C₁，C₂……C_(n‑1)；两个输入、输出滤波电容C_L和C_H；耦合电感T₁，T₂……T_(N/2)的一端与低压侧滤波电容C_L相连，连接节点记为低压侧输入/输出节点L，该低压侧输入/输出节点电压为V_L；滤波电容C_L的另外一端与输入/输出端的负极相连，连接节点记为G；第一高频功率开关器件S₁，其具有源极、漏极和栅极，其漏极与第一耦合电感T₁的一边L₁的一端连接，连接节点记为N1；其源极与变换器输入/输出端的负极相连，连接节点记为G；其栅极接控制器发出的控制信号G_S1；第二高频功率开关器件S₂，其具有源极、漏极和栅极，其漏极与第一耦合电感T₁的一边L₂的一端连接，连接节点记为N2；其源极与变换器输入/输出端的负极相连，连接节点记为G；其栅极接控制器发出的控制信号G_S2；第三高频功率开关器件S₃，其具有源极、漏极和栅极，其漏极与第一耦合电感T₂的一边L₃的一端连接，连接节点记为N3；其源极与变换器输入/输出端的负极相连，连接节点记为G；其栅极接控制器发出的控制信号G_S3；第四高频功率开关器件S₄，其具有源极、漏极和栅极，其漏极与第一耦合电感T₂的一边L₄的一端连接，连接节点记为N4；其源极与变换器输入/输出端的负极相连，连接节点记为G；其栅极接控制器发出的控制信号G_S4；以此类推：第N个高频功率开关器件S_n，其具有源极、漏极和栅极，其漏极与第一耦合电感T(n/2)的一边L_n的一端连接，连接节点记为N_n；其源极与变换器输入/输出端的负极相连，连接节点记为G；其栅极接控制器发出的控制信号G_Sn；第(N+1)个高频功率开关器件Q₁，其具有源极、漏极和栅极，其漏极与第一开关电容C₁的一端连接，连接节点记为M1；其源极与第一高频功率开关器件S₁的漏极相连，连接节点记为N1；其栅极接控制器发出的控制信号G_Q1；第(N+2)个高频功率开关器件Q₂，其具有源极、漏极和栅极，其漏极与第二开关电容C₂的一端连接，连接节点记为M2；其源极与第一开关电容C₁的一端相连，连接节点记为M1；其栅极接控制器发出的控制信号G_Q2；第(N+3)个高频功率开关器件Q₃，其具有源极、漏极和栅极，其漏极与第三开关电容C₃的一端连接，连接节点记为M3；其源极与第二开关电容C₂的一端相连，连接节点记为M2；其栅极接控制器发出的控制信号G_Q3；以此类推：第2N个高频功率开关器件Q_n，其具有源极、漏极和栅极，其漏极与高压侧滤波电容C_H的一端连接，连接节点记为H，该高压侧输入/输出节点电压为V_H；第2N个高频功率开关器件Q_n的源极与第N‑1个开关电容的一端相连，连接节点记为M(n‑1)；其栅极接控制器发出的控制信号G_Qn；第一开关电容C₁的两端分别连接至节点N2和M1；第二开关电容C₂的两端分别连接至节点N3和M2；第三开关电容C₃的两端分别连接至节点N4和M3；以此类推：第N‑1个开关电容C_(n‑1)的两端分别连接至节点Nn和M(n‑1)；输出滤波电容C_H的两端分别连接至变换器高压侧输入/输出节点H和变换器输入/输出端的负极G。