有附加电势激励与叠加的单管高增益直流电压提升电路的制作方法

本发明属于电力变换电路
技术领域：
，具体涉及有附加电势激励与叠加的单管高增益直流电压提升电路。
背景技术：
：随着经济与社会的发展，能源需求紧张加剧，化石能源的负面影响突出，风能与太阳能等新能源发电系统正蓬勃发展，并逐步获得推广应用。但在实际应用中，风速、光照、气候等随机因素的影响，制约了新能源发电系统的广泛应用。如何让风能、太阳能发电装置在风力、光照、气候等环境条件变化情况下产生稳定的电能，是新能源发电系统必须考虑的因素。在光伏发电中，为在光照变化时充分有效地使用光能，给后续负载提供稳定的直流电压，需要配置直流升压变换电路，将光电池输出电压调整到合适的电压范围，同时实施最大功率跟踪(MPPT)控制。同样，直驱风力发电系统输出电压随风速变化，在实施逆变前，必须使逆变器输入直流电压控制在适当范围内，考虑到发电系统在任意风况下希望其输出最大功率，也需要实施MPPT控制。因此，在可再生能源发电系统中，升压变换电路获得广泛应用。Boost变换电路是直流升压变换的典型电路，在实际运行过程中，其升压比不大，在光伏发电系统中，Boost变换电路的应用受到限制，对光伏发电系统应用不利，需要配置高增益的升压变换电路。技术实现要素：发明目的：本发明的目的在于提供有附加电势激励与叠加的单管高增益直流电压提升电路，由单个开关管控制升压电感元件及并行辅助电感元件的充电、并行辅助电感元件对辅助电容充电形成附加电势，升压电感元件被电源电压及附加电势共同激励，升压电感元件的泵升电压、电源电压、附加电势共同向负载供电，从而实施直流电压的提升变换控制，获得比单级升压斩波变换电路高得多的输出电压增益，电路结构简单，控制方便，效率高。技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：有附加电势激励与叠加的单管高增益直流电压提升电路，包括电源E，所述的电源E的正端与升压电感L1及第二二极管D2阳极分别相连，电源E的负端与开关管T发射极、输出负载电容Co负极、负载阻抗R低电位端分别相连；所述的第二二极管D2阴极与第三二极管D3的阴极、辅助电感L2的一端分别相连；所述的升压电感L1的另一端与第三二极管D3的阳极、辅助电容C1的低电位端分别相连；所述的辅助电容C1的高电位端与辅助电感L2的另一端、开关管T集电极、第一二极管D1的阳极分别相连；所述的第一二极管D1的阴极与输出负载电容Co正极、负载阻抗R高电位端分别相连。设定开关管工作周期为Ts，工作周期内的开关管导通时间为ton，则占空比为则：辅助电容C1两端的电压：输出负载电容Co两端的电压：当变换电路需要转换最大功率为PMax，变换器输入电流最大值：IMax＝PMax/E，则：电流定额：IL1e＝IL2e＝(1.1:1.2)IMax；电感电流脉动控制在最大值的10％，f为开关管控制频率，则：电感参数：所述的开关管T电流定额按照电感电流最大值的1.2-1.5倍选择，开关管T额定电压取为其实际承受电压的1.5-2.0倍，则：关管T电流定额：ITe＝(1.2:1.5)IMax；开关管T额定电压：所述的第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3的电流定额按照电感电流最大值的1.2-1.5倍选择，电压定额按照其实际所承受的电压1.5-2.0倍选择，则：电流定额：ID1e＝ID2e＝ID3e＝(1.2:1.5)IMax；电压定额：所述的辅助电容C1、输出负载电容Co的额定电压按照其实际承受电压的1.5-2.0倍，则：辅助电容C1额定电压：输出负载电容Co额定电压：电路输出电压的脉动范围控制在稳定值的10％以内，R为变换器输出负载等效电阻，则：输出负载电容：辅助电容：有益效果：与现有技术相比，本发明的有附加电势激励与叠加的单管高增益直流电压提升电路，由单个开关管控制升压电感元件被电源和辅助电势充电、并行辅助电感元件充电的状态，通过电路主开关管开通过程中附加电势对升压电感元件的叠加激励、主开关管关断过程中升压电感的泵升电压、电源电压、附加电势共同向负载放电，获得高增益的直流电压升压变换；主开关管开通时，升压电感元件被电源电压和被并行辅助电感元件给辅助电容充电形成的的附加电势叠加激励，升压电感元件获得更多电能；主开关管关断时，电源电压、升压电感的泵升电压、附加电势共同向负载供电，从而将输入直流电压高增益提升；同时，本发明电路控制模态简单，电路传递功率的效率高，适用于光伏发电系统光伏电池输出电压的提升控制。附图说明图1是有附加电势激励与叠加的单管高增益直流电压提升电路；图2是开关管开通时电路工作情况；图3是开关管关断时电路工作情况；图4本申请的变换器与Boost变换器升压倍数比较图。具体实施方式下面结合附图和具体实施实例对本发明做进一步的说明。应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。有附加电势激励与叠加的单管高增益直流电压提升电路，包括电源E、升压电感L1、辅助电感L2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、开关管T、输出负载电容Co、辅助电容C1、负载阻抗R。电源E的正端与升压电感L1及第二二极管D2阳极分别相连，电源E的负端与开关管T发射极、输出负载电容Co负极、负载阻抗R低电位端分别相连；第二二极管D2阴极与第三二极管D3的阴极、辅助电感L2的一端分别相连；升压电感L1的另一端与第三二极管D3的阳极、辅助电容C1的低电位端分别相连；辅助电容C1的高电位端与辅助电感L2的另一端、开关管T集电极、第一二极管D1的阳极分别相连；第一二极管D1的阴极与输出负载电容Co正极、负载阻抗R高电位端分别相连。假定开关管工作周期为Ts，工作周期内的开关管导通时间为ton，则占空比为电路工作情况按照开关管的开通、关断分成两种工作状态。假定电路中电感、电容元件足够大，电容电压在开关过程中基本上保持不变，电感电流连续。为方便起见，仅分析电路进入稳定状态下的工作情况。随着开关管T的开通、关断，在辅助电容C1上形成右“+”左“-”的电势，在变换电路工作过程中，该电势不仅和电源电动势一道对变换电路的升压电感予以激励，变相地提升激励电源的电压等级，而且，该电势还和电感电势一道向负载传输电能，将其视为附加电势。(1)当开关管T开通时，电路工作情况如图2所示。电路稳定工作情况下，辅助电容C1两端的电压Uc1为右“正”左“负”，为本电路的附加电势。观察电路，开关管开通时，升压电感L1的电流i1流通路径为：电源正端“+”→L1→C1→T→电源负端“-”，电源电势和附加电势共同给升压电感激励，根据基尔霍夫电压定律有方程：在电源电压及辅助电势作用下，升压电感L1电流i1逐步增加，升压电感L1上的自感应电动势极性为左“正”右“负”。辅助电感L2的电流i2流通路径为：电源正端“+”→D2→L2→T→电源负端“-”根据基尔霍夫电压定律有方程：在电源电压作用下，辅助电感L2电流i2逐步增加，辅助电感L2上的自感应电动势极性为左“正”右“负”。此时，第一二极管D1截止，输出端电压由输出负载电容Co放电保持。(2)当开关管T关断时，电路工作情况如图3所示。开关管T关断后，升压电感L1的电流i1流通路径为：电源正端“+”→L1→C1→D1→负载→电源负端“-”，根据基尔霍夫电压定律有方程：此时，电源电压、辅助电势和升压电感L1的自感应电动势共同给负载供电，电感电流i1下降，升压电感L1的自感应电动势极性为右“正”左“负”。辅助电感L2的电流i2流通路径为：D3阴极→L2→C1→D3阳极，根据基尔霍夫电压定律有方程：辅助电感L2向辅助电容C1放电，形成附加电势，电流i2减小，辅助电感L2上的自感应电动势极性为右“正”左“负”。从公式(1)-(4)可得：辅助电容C1两端的电压：输出负载电容Co两端的电压：按照(5)式所确定的关系，参照Boost变换电路的升压比在占空比变化情况下两种电路输出电压倍数如表1。表1本案变换电路与Boost变换电路输出电压倍数占空比0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.9Boost电路输出倍数1.01.11.31.41.72.02.53.35.010.0本案变换电路输出倍数1.01.21.62.02.84.06.311.125.0100.0同样可见，本发明的升压变换电路有较高的升压比，可以获得比较高的电压提升增益。因此，本发明变换电路获得较高的电压提升增益，输出电压升压比较大。图4为本案变换电路与Boost电路的电压提升倍数曲线。变换电路的元件参数选择(1)储能电感：升压电感L1、辅助电感L2电流定额及电感参数在变换电路工作过程中，变换器中电感元件的L值越大，输入电流越稳定，但元件的体积会增大，电路的成本将增加。若变换电路需要转换最大功率为PMax，变换器输入电流最大值：IMax＝PMax/E，则电感电流额定参数便以此为基础适当留有一定的余量进行给定。IL1e＝IL2e＝(1.1:1.2)IMax；考虑电感电流脉动控制在最大值的10％，可得电感参数，其中，f为开关管控制频率。(2)开关管T由于开关管T在开通时流过电感电流，开关管T电流定额按照电感电流最大值的1.2-1.5倍选择。当开关管T关断时，开关管T所承受电压理论上达到电源电压的倍，因此，开关管T额定电压取为其实际承受电压的1.5-2.0倍，则：关管T电流定额：ITe＝(1.2:1.5)IMax；开关管T额定电压：(3)第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3变换电路中的第二二极管D2在开关管T开通过程中流过电感电流，第一二极管D1、第三二极管D3在开关管T关断过程中流过电感电流，因此，第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3的电流定额按照电感电流最大值的1.2-1.5倍选择。电压定额按照其实际所承受的电压1.5-2.0倍选择，则：电流定额：ID1e＝ID2e＝ID3e＝(1.2:1.5)IMax；电压定额：(4)辅助电容C1、输出负载电容Co变换电路中，辅助电容C1、输出负载电容Co越大，电路电压的保持能力越强，但容量大意味着电路的体积增大，成本增加。它们的额定电压按照其实际承受电压的1.5-2.0倍选取。辅助电容C1额定电压：输出负载电容Co额定电压：若电路输出电压的脉动范围控制在稳定值的10％以内，变换器输出负载电容、辅助电容按照下式选取。R为变换器输出负载等效电阻，Ts为开关管控制周期，f为开关管控制频率。输出负载电容：辅助电容：当前第1页1 2 3