[发明专利]一种四相高增益自均流DC-DC变换器及其控制方法

说明书

本发明提供一种四相高增益自均流DC‑DC变换器。所述四相高增益自均流DC‑DC变换器包括输入电源、四相升压电感、四个上桥臂开关管、四个下桥臂开关管、两个开关电容、三个滤波电容以及负载构成四相输入网络；所述四相输入网络中，四个升压电感的输入端与输入电源相连，四个升压电感的输出端分别与下桥臂开关管的漏极相连，S1、S2、S3、S4为下桥臂开关管，S11、S22、S33、S44为上桥臂开关管。本发明提供的四相高增益自均流DC‑DC变换器，无需使用耦合电感及变压器，不仅缩小了变换器体积而且节约成本，并且上桥臂采用同步控制方式，因此能量可以双向流动，大大提高了运行效率，拓宽了其所能应用的场景。

技术领域

本发明涉及DC-DC变换器领域，特别是涉及一种四相高增益自均流DC-DC变换器及其控制方法。

背景技术

随着化石能源的日益消耗及其所带来的生态环境问题，人类迫切希望寻求一种可再生能源来替代传统能源，以太阳能、风能等为代表的新型能源因其具有可再生、能量大、普遍的特点而逐渐受到人们的关注，但由于光伏电池所产生的电压较低，无法直接投入使用，通常的做法是将其电压升至一定的值再逆变最后并入电网供给使用。因此高增益DC-DC变换器在其中扮演者重要的角色

一般而言，高增益DC-DC变换器可分为隔离型和非隔离型，隔离型变换器可通过改变隔离变压器匝数比以实现高增益，但由于有隔离变压器的存在而导致变换器体积大、成本高、磁通易饱和等问题。非隔离变压器根据其实现方法的不同可分为开关电容型、耦合电感型、级联型。

第一种开关电容型通过电容充放电来实现升压，但随着功率等级的提高，对电容的耐压也有着更高的要求，耐压值的提升也伴随着体积的增大。

第二种耦合电感型通过多绕组耦合电感的匝数比来实现升压，但多绕组耦合电感不免会存在漏磁，严重降低了变换效率。

第三种级联型通过多级变换器串联在一起实现高增益，但随着级数的增加存在着后级开关管电压应力成倍增大的问题，且前级的偏差容易被后级放大而最终远远偏离预期值。

因此，研究出一款高增益自均流的多相DC-DC变换器及其控制方法具有重要意义。

发明内容

基于此，本发明的目的之一是针对现有技术的不足，提出了一种四相高增益自均流变换器拓扑结构，其具有非常高的电压增益、更低的元器件成本、更小的体积。

本发明的另一目的是针对现有技术的不足，提出了一种四相高增益自均流变换器控制方法，其具有各相输入电流自动均衡的特性，无需外加电流平衡电路或均流算法。

第一方面，本发明提供了一种四相高增益自均流DC-DC变换器，包括输入电源、四相升压电感、四个上桥臂开关管、四个下桥臂开关管、两个开关电容、三个滤波电容以及负载构成四相输入网络；

所述四相输入网络中，四个升压电感的输入端与输入电源相连，四个升压电感的输出端分别与下桥臂开关管的漏极相连，S1、S2、S3、S4为下桥臂开关管，S11、S22、S33、S44为上桥臂开关管，四个下桥臂开关管与电源负极连接在一起，输入电源与输入滤波电容Ci相连，其中：

第一相升压电感的输出端与下桥臂开关管S1的漏极相连，第二相升压电感的输出端与下桥臂开关管S2的漏极相连，第三相升压电感的输出端与下桥臂开关管S3的漏极相连，第四相升压电感的输出端与下桥臂开关管S4的漏极相连；

所述两个开关电容网络中，上桥臂开关管S11的源极与第一相升压电感的输出端连接，上桥臂开关管S11的漏极和上桥臂开关管S22的源极相连，两者的交点与开关电容C1的正极相连，开关电容的负极与第二相升压电感的输出端相连，而二者连接的交点与下桥臂开关管S2的漏极相连，通过上述两个升压电感、两个上桥臂开关管、两个下桥臂开关管和开关电容构成第一个开关电容网络；