[发明专利]一种基于耦合电感的两相交错Boost-Sepic型高增益变换器及控制方法

说明书

本发明公开了一种基于耦合电感的两相交错Boost‑Sepic型高增益变换器及控制方法，属于电力电子技术领域。本发明的两相交错Boost‑Sepic结构包括输入源V_in、第一独立电感L₁、第二独立电感L₂、第一开关管S₁和第二开关管S₂以及由第一耦合电感原边绕组L_c1、第二耦合电感原边绕组L_c2、电容C₁、电容C₃构成得Sepic部分，由二极管D₁、二极管D₄、电容C₅和电容C₆构成的Boost部分；第一倍压单元包括二极管D₂、电容C₂和第一耦合电感副边绕组L_c1’，第二倍压单元包括二极管D₅、电容C₄和第二耦合电感副边绕组L_c2’；分裂电容结构包括电容C₇和电容C₈，构成变换器的输出部分。本发明具有拓扑结构对称、开关控制简单、电压增益超高、输入电流纹波小、开关管电压应力超低的优点。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及一种基于耦合电感的两相交错Boost-Sepic型高增益变换器及控制方法。

背景技术

随着传统化石能源(如石油、煤炭、天然气等)的迅速消耗和环境污染的加剧，合理、有效地利用能源受到了人们的关注。可再生能源由于具有可持续利用和对环境的污染小的优势受到了广泛关注。对于可再生能源而言，太阳能光伏发电、风力发电和燃料电池动力等系统受到了人们越来越多的重视，尽管目前已经取得了一定的成果，但由于太阳能电池板、燃料电池等新能源输出电压较低，大约为20～40V，而后级的逆变器需要较高的直流母线电压，因此新能源与直流母线电压之间需要具有高增益特性的DC/DC变换器。此外，新能源发电要求输出的电流纹波足够小，否则将缩短其使用寿命，这要求DC/DC变换器还具有低输入电流的特性。

当前，高增益DC/DC变换器可分为两大类——隔离型和非隔离型。采用高频变压器的隔离型直流升压变换器具有输入和输出端不共地的共同特点。基本隔离型直流变换器可以分为正激(Forward)、反激(Flyback)，推挽(Push-pull)，半桥(Half-bridge)和全桥(Full-bridge)等结构。隔离型高增益DC/DC变换器可通过设置高频变压器的匝比从而实现较高的电压增益。然而，过高的匝比会影响变压器的线性度，同时由于变压器漏感的存在，在开关器件关断的瞬间由于寄生电容与漏感进行谐振，从而导致开关器件两端出现较大的电压尖峰，增大器件的电压应力，同时其效率和功率密度会有一定的限制。相较于隔离型升压变换器，非隔离型升压变换器具有电路结构简单，传输效率高，输出适应能力强等优点，故研究非隔离型高增益变换器非常有意义。

通常情况下，非隔离DC/DC变换器常结合级联升压、开关电容升压、耦合电感升压等技术，进一步拓展非隔离直型流变换器的升压能力。级联升压技术是把两个或多个传统Boost变换器直接串联，以获得较高的电压增益，但是后级功率器件的电压应力等于输出电压，在高压输出场合的应用中开关管的电压应力高，导通电阻和导通损耗大。还有在传统的Boost电路中增加倍压电路，主要有加入开关电容的方式和加入开关电感的方式。通过此方式可以将传统Boost电路的电压增益拓扑为原来的2倍甚至更高，但新得到的变换器依然面临传统升压电路的缺点，诸如二极管反向恢复损耗高，开关管为硬开关，开关损耗大等问题。磁耦合升压机理与变压器类似，成为非隔离升压场合的极佳选择。然而，结合耦合电感技术的变换器中不可避免的存在漏感影响，引发诸如开关管电压尖峰和漏感能量损耗等问题。对此，加入有源/无源箝位吸收网络，在开关管断开时箝位电容吸收漏感能量，其两端电压被有效箝位，达成开关管零电流导通目标。