[发明专利]一种基于二极管电容网络的高增益DC-DC变换器

说明书

本发明涉及一种基于二极管电容网络的高增益DC‑DC变换器。包括直流输入电源，第一开关管、第二开关管，第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管，第一电感、第二电感，第一电容、第二电容、第三电容、第四电容及负载。本发明的基于二极管电容网络的高增益DC‑DC变换器与传统的单开关升压变换器相比，在相同的占空比情况下具有更高的电压增益，而且开关管电压应力小，控制方便，非常适合于非隔离可再生能源发电系统。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种基于二极管电容网络的高增益DC-DC变换器。

背景技术

随着传统化石资源的日渐枯竭以及环境问题日益突出，以光伏、燃料电池、地热等为代表的可再生能源的应用与发展受到广泛的关注。可再生能源的低电压通常是18V-56V，不宜直接并网发电或者给负载供电，所以需要直流变换器将较低的电压升到200-400V或者更高的电压等级。因此，研究高电压增益的DC-DC变换器具有重要的意义。

传统的非隔离型高增益DC-DC变换器通常采用BOOST拓扑，此拓扑元器件少、控制简单，但是在实现较大电压增益时开关管工作在极限占空比状态，输出二极管的反向恢复电流尖峰很大，制约了电路效率，同时极限占空比会导致电路稳定性下降；而采用耦合电感的非隔离型升压变换器虽然可以通过改变耦合电感的匝比灵活调节电压增益，但是耦合电感引入的漏感会在开关管两端产生很大的电压尖峰，从而导致开关管应力升高，电路效率也会降低。

基于二极管-电容网络的高增益DC-DC变换器由于控制方法和硬件设计相对简单，且功率密度和效率较高，因此得到了广泛的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于二极管电容网络的高增益DC-DC变换器，与传统的单开关升压变换器相比，在相同的占空比情况下具有更高的电压增益，而且开关管电压应力小，控制方便，非常适合于非隔离可再生能源发电系统。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于二极管电容网络的高增益DC-DC变换器，包括直流输入电源，第一开关管、第二开关管，第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管，第一电感、第二电感，第一电容、第二电容、第三电容、第四电容及负载；直流输入电源的正极与第一电感的一端、第二电感的一端连接，直流输入电源的负极与第一开关管的源极、第二开关管的源极、第一二极管的阴极连接，第一电感的另一端与第一开关管的漏极、第三二极管的阳极、第二电容的一端连接，第二电感的另一端与第二开关管的漏极、第一电容的一端、第三电容的一端连接，第一电容的另一端与第一二极管的阳极、第二二极管的阴极连接，第二电容的另一端与第二二极管的阳极、第四电容的一端、负载的一端连接，第三电容的另一端与第三二极管的阴极、第四二极管的阳极连接，第四二极管的阴极与第四电容的另一端、负载的另一端连接。

在本发明一实施例中，所述第一开关管、第二开关管在一个开关周期内至少有一个开关管导通，第一开关管、第二开关管的驱动信号互有交叠。

在本发明一实施例中，所述高增益DC-DC变换器的电压增益为当D₁＝D₂＝D时，电压增益其中，D₁、D₂分别为第一开关管和第二开关管的占空比。

在本发明一实施例中，所述高增益DC-DC变换器的工作方式如下：

(1)工作模态1[t₀-t₁]:t₀时刻，第一开关管S₁、第二开关管S₂均导通，直流输入电源V_in分别加在第一电感L₁、第二电感L₂两端，电感电流线性上升，第一至第四二极管VD₁～VD₄均工作在截止状态，第一至第三电容C₁～C₃两端电压均保持不变，第四电容C₀给负载供电；