[发明专利]一种低电压应力ZVS高增益Boost变换器

说明书

本发明属于电气技术领域，公开了一种低电压应力ZVS高增益Boost变换器，该变换器由两个开关管、四个电容和三个电感，一个二极管构成，其将传统二次型Boost变换器的防反二极管用电容取代，且将开关管前移至输入端，进一步将输入侧二极管用开关管取代，原开关管为主管，两者互补导通，同时，增加一个辅助电感和辅助电容。本发明所提供的低电压应力ZVS高增益Boost变换器电压增益为G＝(1+D)/(1‑D)，可以在较低的占空比下实现高增益。与传统二次型Boost变换器相比，相同工况下本发明所提供的低电压应力ZVS高增益Boost变换器的开关管、部分二极管的电压应力均得到一定程度的降低，同时，实现变换器中两个开关管的零电压开通，以及二极管的自然关断，减小开关损耗，提高效率。

技术领域

本发明属于直流变换器技术领域，具体涉及一种低电压应力ZVS高增益Boost变换器。

背景技术

随着环境污染和能源危机等问题的日益加剧，光伏发电、燃料电池发电等分布式新能源并网发电技术受到广泛的关注与研究。由于光伏电池、燃料电池等电池单元的输出电压较低且变化范围较宽，为了满足并网逆变器的输入电压要求，往往需要将多个电池单元串联使用。这种方案的可靠性较低，后期维护成本高。为了解决上述问题，可以采用具有高升压能力的DC/DC变换器，直接将单节新能源电池的输出电压提升到并网逆变器所要求的输入电压等级。然而，受升压电感和开关管中寄生电阻的影响，传统Boost变换器的实际升压能力有限，无法胜任这一工作。即使升压能力足够，其也需要很大的占空比才能获得较高增益。然而，极端占空比下变换器的开关损耗、反向恢复损耗严重增加，效率较低。

为此，国内外学者们提出了各种各样的高增益DC-DC变换器拓扑。隔离型升压变换器通过改变高频变压器的匝比轻松获得高增益。但是，高频变压器的使用增大了变换器的体积和重量，严重降低变换效率。与之相比，在不需要极高增益(G≥12)的应用场合，无变压器高增益方案显然是更合理的选择。通过并联多个开关电容可以实现较高电压增益，但系统的复杂程度与控制难度增加，成本也比较高。级联Boost变换器同样可以明显提升变换器升压能力，减少无源器件数量，但后级开关管和二极管承受了较大的电压应力(为输出电压)，增大了器件选型难度和开关损耗，使得变换器效率难以进一步提升。二次型Boost变换器通过复用级联Boost变换器中的开关管，减少了开关管及其驱动装置的数量，但开关管和二极管电压应力较高的问题仍然没有解决。此外，上述高增益变换器的开关管均为硬开关，系统效率较低，且开关管动作时将会伴随着很大的电压尖峰，增加开关器件的电压应力，加剧了电磁干扰(EMI)问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种低电压应力ZVS高增益Boost变换器。该变换器中所有开关管均实现ZVS，所有二极管均实现自然关断，减小开关损耗，提高系统的的效率。

为实现上述目的，本发明提供了一种低电压应力ZVS高增益Boost变换器，包括第一开关管、第二开关管、二极管、第一电感、第二电感、第三电感、第一电容、第二电容、第三电容和第四电容，其中：

所述第一开关管和第二开关管均为N沟道MOS管；

所述第一电感的第一端分别与所述第一电容的第二端及直流电源的正端连接，所述第一电感的第二端分别与所述第一开关管的漏极、所述第二开关管的源极、所述第二电容的第二端及所述第三电感的第一端连接；

所述第一电容的第一端分别与所述第二开关管的漏极、第二电感的第一端连接；

所述第二电感的第二端分别与所述第二电容的第一端及所述二极管的阳极连接；

所述二极管的阴极分别与所述第四电容的第一端及负载的正端连接；

所述第三电感的第二端与所述第三电容的第一端连接；

所述第四电容的第二端与所述负载的负端、所述第三电容的第二端、所述第一开关管的源极及所述直流电源的负端连接；