开关电感有源网络升压变换器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种开关电感有源网络升压变换器，属于电力电子变换器的【技术领域】。开关电感有源网络升压变换器包括X型有源网络和两个开关电感单元。X型有源网络包括两组串联的电感和功率开关管，两个功率开关管呈X型放置。开关电感单元包括两组串联的电感和功率二极管以及一个跨接在两个桥臂中点的功率二极管，开关电感单元用以替换X型有源网络中的电感。开关电感有源网络升压变换器体积小但转换效率高，且主功率开关管电压应力小。
【专利说明】开关电感有源网络升压变换器
[0001]【技术领域】
本发明涉及一种开关电感有源网络升压变换器，属于电力电子变换器【技术领域】。
[0002]【背景技术】
升压变换器广泛应用于工业领域，如燃料电池、新能源发电、电机驱动器等场合。传统的升压变换器电路拓扑为Boost电路，在输入电压较低，需要得到较高输出电压的应用场合，如单个光伏电池模块，常用的光伏并网结构是将多个光伏电池模块串/并联，形成串式/多串式结构，再将整个光伏阵列并入电网。然而，在实际工作中，由于光伏电池长期工作在户外，不可避免的会沾染到灰尘等污垢，还会受到树木、建筑物等的遮挡，形成局部阴影，使得各个光伏电池工作特性不一致，这将会引发热斑效应，造成光伏电池的不可逆损坏。而受到占空比不能过大的限制，Boost电路难以将单体的光伏电池升压到较高的母线电压。采用耦合电感Boost变换器通过选择合适的电感匝比能够提升输出电压，但受到不可避免的漏感的影响，开关管在关断时会有很大的电压尖峰，必须外加额外的缓冲吸收电路，增加整体结构的复杂性，并且降低变换效率。开关电感Boost变换器输出升压能力有限，且功率器件电压应力大。
[0003]
【发明内容】
为了解决上述问题，本发明提出了一种开关电感有源网络升压变换器。
[0004]本发明为解决其技术问题采用如下技术方案:
一种开关电感有源网络升压变换器，包括:X型有源网络和用于替换有源网络中电感的开关电感单元，所述X型有源网络输入端接直流电压源，输出端连接功率二极管和滤波电容的串联电路。
[0005]所述开关电感单元包括:第三 电感Ila、第四电感Lw、第五电感、第六电感Lm、第一功率二极管Dla、第二功率二极管Dw
、第三功率二极管Du、第四功率二极管D2a、第五功率二极管、第六功率二极管Gfc ；
其中:第一功率二极管Dla的阳极、第三电感Lu的一端相连，第三电感Lu的另一端与第二
功率二极管化的阳极相连接，第二功率二极管Dli的阴极与第四电感的一端相连，第
四电感的另一端连接第一功率二极管的阴极，第三功率二极管Dk的阳极连接第一
功率二极管Dla的阳极，第三功率二极管Du的阴极连接第二功率二极管Dw的阴极，第四
功率二极管D2a的阳极、第五电感的一端相连，第五电感的另一端与第五功率开关
管D2i的阳极连接，第五功率二极管D2i的阴极与第六电感的一端相连，第六电感k
的另一端连接第四功率二极管D22的阴极相连，第六功率二极管D2i的阳极、第四功率二极
管D2a的阳极相连，第六功率二极管D2c的阴极、第五功率二极管的阴极相连。
[0006]所述第一功率开关管S1、第二功率开关管S2为MOS管或者IGBT管。[0007]本发明的有益效果如下:
变换器体积小但转换效率高，且主功率开关管电压应力低。
[0008]【专利附图】
【附图说明】
图1为开关电感有源网络升压变换器的电路图。
[0009]图2至图7为开关电感有源网络升压变换器在输入电压G =40V，功率开关管g
、4占空比3 =0.5，负载1? =100 Ω时的实验波形。
[0010]其中图2为第一、第二功率开关管、&承受的电压；图3为输出滤波电容的电压；图4为第三电感Ik的电流；图5为第四电感Ili的电流；图6为第五电感Ili4的电流；图7为第六电感的电流。
[0011]图中标号说明:G为直流电压源；Ila为第三电感，Ili为第四电感，Dla为第一功率二极管，Du为第二功率二极管，Dle为第三功率二极管，由此组成的开关电感单元用于替换X型有源网络中的第一电感；同理，第五电感I2i，第六电感,第四功率二极管D2a，第五功率二极管% ,第六功率二极管D2c构成的另一组开关电感单元用于替换X型有源网络中的第二电感；S1、&为第一、第二功率开关管，B为输出功率二极管为输出滤波电容，Rz为负载，、im、h1、分别为第三电感、第四电感Lw、第五电感L21、第六
电感中流过的电流。
[0012]【具体实施方式】
下面结合附图对本发明创造做进一步详细说明。
[0013]如图1所示的开关电感有源网络升压变换器，包括X型有源网络和开关电感单元。
X型有源网络输入端接直流电压源，开关电感单元用于替换X型有源网络中的第一电感I1、第二电感A。
[0014]X型有源网络包括:直流电压源K、第一电感I1、第二电感Α、第一功率开关管耳、第二功率开关管A ;其中:第一功率开关管A的阳极、第一电感Z1的一端分别与直流电压源K的正极连接，第一电感Z1的另一端与第二功率开关管4的阳极连接，第二功率开关管4的阴极、第二电感?2的一端分别与直流电压源K的负极连接，第二电感￡2的另一端与第一功率开关管S1的阴极连接。
[0015]用于替换第一电感的 开关电感单元中第一功率二极管Dla的阳极、第三电感Ito的一端相连，第三电感Ila的另一端与第二功率二极管巧的阳极连接，第二功率二极管Dw的阴极与第四电感的一端相连，第四电感Zw的另一端连接，第一功率二极管Ola的阴极，第三功率二极管的阳极、第一功率二极管Dla的阳极相连，第三功率二极管Dk的阴极、第二功率二极管巧的阴极相连。
[0016]用于替换第二电感的开关电感单元中开关电感单元中第四功率二极管D2a的阳极、第五电感Z2a的一端相连，第五电感1、的另一端与第五功率开关管D货的阳极连接，第五功率二极管D2i的阴极与第六电感的一端相连，第六电感的另一端连接第四功率二极管D2a的阴极相连。第六功率二极管?2ε的阳极、第四功率二极管D2a的阳极相连，第六功率二极管D2i的阴极、第五功率二极管D2,的阴极相连。
[0017]滤波电容O即为变换器的输出端，负载&并接在变换器的输出端。
[0018]图2至图7为输入电压K=40V，功率开关管^、S2占空比D =0.5，负载&
=100 Ω时功率开关管电压Ts、第三电感电流1伽、第四电感电流:孤、第五电感电流Ii2a、第
六电感电流ha、输出滤波电容电压4的波形。从图中可以看到功率开关管关断时电压匕
=120V，说明功率开关管电压应力小。第三、第四、第五、第六电感电流^、^、—、&的波形为幅值在3.2A至4.5A之间波动的三角波，可见电感电流波形波动小且电感电流值小，进而可以选择电感值小且体积小的电感，且各个电感电流大小相同，可以耦合在一个磁芯上进一步减小了升压变换器的体积。输出滤波电容电压(即输出电压)为200V，可见变换器由较大的电压增益。
[0019]可见，本发明所述升降压变换器具有较小的主功率开关管电压应力和较大的电压增益，同时在保证高转换 率的前提下减小了变换器体积。
【权利要求】
1.一种开关电感有源网络升压变换器，其特征在于包括:X型有源网络和用于替换有源网络中电感的开关电感单元，所述X型有源网络输入端接直流电压源，输出端连接功率二极管和滤波电容的串联电路。
2.根据权利要求1所述的开关电感有源网络升压变换器，其特征在于所述开关电感单元包括:第三电感、第四电感Lu、第五电感Iia、第六电感&、第一功率二极管Du、第二功率二极管、第三功率二极管Dlf、第四功率二极管D2a、第五功率二极管、第六功率二极管;其中:第一功率二极管马a的阳极、第三电感的一端相连，第三电感Lyi的另一端与第二功率二极管&的阳极相连接，第二功率二极管^的阴极与第四电感Lb的一端相连，第四电感Ils的另一端连接第一功率二极管Ola的阴极，第三功率二极管Dle的阳极连接第一功率二极管Dla的阳极，第三功率二极管Dli的阴极连接第二功率二极管Dw的阴极，第四功率二极管D2a的阳极、第五电感L211的一端相连，第五电感I2a的另一端与第五功率开关管152?的阳极连接，第五功率二极管的阴极与第六电感的一端相连，第六电感的另一端连接第四功率二极管D2a的阴极相连，第六功率二极管D2i的阳极、第四功率二极管D22 的阳极相连，第六功率二极管O2f的阴极、第五功率二极管D2i的阴极相连。
【文档编号】H02M3/155GK103683920SQ201310667019
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月11日 优先权日:2013年12月11日
【发明者】汤雨, 王挺 申请人:南京航空航天大学