[发明专利]Boost+Cuk混合型DC-DC变换器

说明书

本发明提供了一种Boost+Cuk混合型DC‑DC变换器，包括：输入电源；第一电感，所述第一电感的第一端与所述输入电源的正极端电连接；功率开关管，所述功率开关管的源极端与所述第一电感的第二端电连接，所述功率开关管的漏极端与所述输入电源的负极端电连接；第一二极管，所述第一二极管的正极端与所述功率开关管的源极端电连接；第二二极管，所述第二二极管的负极端与所述功率开关管的漏极端电连接；第一电容，所述第一电容的正极端与所述第一二极管的负极端电连接。本发明所提供的Boost+Cuk混合型DC‑DC变换器，实现了在单功率开关管的帮助下提供连续的电流工作模式，降低了功率开关管和二极管的电压应力，具有更高的电压增益。

技术领域

本发明涉及电力电子变换装置技术领域，特别涉及一种Boost+Cuk混合型DC-DC变换器。

背景技术

由于能源需求的增加，大量的常规能源被消耗，因为它们的二氧化碳排放，对生态环境造成了非常大的影响。因此，所有国家都热衷于用非常规能源取代常规能源。目前研究人员正在研究与探索功率变换器和接口电路，以满足这种转移。风能、光伏(PV)和氢燃料电池(FC)等非常规能源是满足商业和工业需求的主要能源。光伏发电系统由串联和并联的光伏组件组成，这些组件通过DC-DC变换器馈入所需的直流电压，然后通过逆变器将直流转换为交流电源。针对高效率光伏系统，市场上出现了一种双功率级微逆变器(高电压增益DC-DC变换器+DC-AC逆变器)。在许多工业应用中，如汽车、电信和航运行业，系统需要具有较大输入电流的更高电压增益DC-DC变换器。这些变换器通常将电压范围从24–60V提高到100–300V。例如，汽车前照灯需要48/100/120V的电压范围，但车辆电池容量只能提供12/24/48V。对于这些情况，建议使用高电压增益的变换器。根据理论计算，传统的Boost变换器具有较高的电压增益。然而，在实际情况下，由于电感饱和限制，其电压增益是有限的。此外，任何需要提供高输出电压和高功率转换的DC-DC变换器，都会产生较大的输入电流。因此，需要金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和二极管来处理电压应力。

在一些文献中已经提出了许多单开关变换器拓扑来提供高电压增益，但这些变换器的电压增益有一定的限制，主要是由于电感、功率半导体开关和寄生元件。因此，有研究人员采用带升压变压器的变换器来解决这个问题(反激变换器)。对于大功率的应用，可以用大电流来实现，所以这不是最有效的方法。对于高电压增益，还提出了使用带有前向和抽头电感连接变换器单个开关的其它尝试。虽然这些变换器通过变压器匝数比的调整具有可控的自由度，但考虑到变压器的尺寸，变换器的体积太大。高电压增益二次型变换器也是一个选择。然而，二次型变换器在一级半导体上有很高的电压应力。阻抗型(采用两个电感和两个电容)源极变换器可以实现高增益的Buck-Boost电压变换，但需要一个高电压工作的功率开关管来实现直通和非直通操作。

由耦合电感累积的变换器拓扑结构产生高效率的高电压增益变换，这里，电压增益是通过改变变换器开关占空比来处理的，就像隔离型变换器一样。尽管这种拓扑获得了高电压增益，但由于耦合电感的漏感，功率开关管可能会产生高电压尖峰。通过增加一个耦合电感的高电压变换比建立了无源和有源箝位方法，但是，这种变换器在成本和体积方面效率低下。最近，Banaei等人提出了一种开关电压应力较小的单开关变换器，尽管变换器可以在所有占空比下保持连续的输入电流，但一次功率开关管电压应力严格等于变换器输出电压，这导致了较高的导通损耗。在所有的变换器拓扑中，级联Boost变换器类型有助于在全电压增益范围内以最小占空比获得更高的增益。然而，在这种拓扑结构中，主开关具有更高的电压应力。在此基础上，有专家和学者提出了几种单开关Boost变换器拓扑，其主要方法是使用较少的磁性元件，减小尺寸、重量、导通损耗以及节约成本。这些方法在功率开关管上有更高的电压应力(几乎与输出电压相同)。因此，这些变换器仍然面临着巨大的挑战，如对更大占空比的高增益要求、输出二极管反向恢复的复杂性、更高的开关电压应力和令人满意的效率。

发明内容