高增益非隔离输入并联输出串联Cuk型组合式直流变换器的制作方法

本发明涉及电力电子应用技术和直流变换器技术，特别是涉及一种高增益非隔离输入并联输出串联Cuk型组合式直流变换器，属于直流/直流（DC/DC）变换器领域。

背景技术：

随着石油、煤炭和天然气等不可再生能源的大量使用，能源危机、环境污染和生态破坏等问题日益严重。目前，世界各国都在大力开发新型可再生清洁能源，诸如太阳能电池、燃料电池、风力机、燃气轮机和沼气发电等分布式电源的发展在全球范围得到了大力推广。然而光伏电池、燃料电池的输出电压较低，不能直接并网，通常需要高增益的直流功率变换器作为接口电路，然后接入直流母线或通过逆变器并网。

传统的Boost和Cuk等DC/DC变换器，虽然电路拓扑简单，但存在电压增益小，开关管承受电压应力大等问题。目前已有的交错并联Boost直流变换器虽然抑制了输入电流纹波，但并没有提升电压增益。

技术实现要素：

本发明目的在于克服传统的直流变换器输入电流纹波大、电压增益低、开关管电压应力高的缺点，提供一种高增益非隔离输入并联输出串联Cuk型组合式直流变换器。具有低输入电流纹波、高增益、低开关管电压应力、结构简单、控制方便的特点。

为达到上述目的，本发明设计采用以下技术方案：

一种高增益非隔离输入并联输出串联Cuk型组合式直流变换器，包括电压源、高增益双Cuk组合式直流变换器、负载，所述电压源串接在高增益双Cuk组合式直流变换器的输入端，负载跨接在高增益双Cuk直流变换器的输出端，由此将低压直流电转换为高压直流电。

所述高增益双Cuk组合式直流变换器由传统基本Cuk电路和浮动输出型Cuk电路输入并联和输出串联组成。

所述传统基本Cuk电路由第一电感、第一开关管、第一电容、第一二极管、第二电感和第一输出滤波电容组成；所述第一电感一端与电压源正极相连，一端与第一开关管的集电极对接，第一开关管的发射极与电压源的阴极相连；第一电容的阳极与第一开关管的集电极对接，第一电容的阴极与第一二极管的阳极对接，第一二极管的阴极与电压源的负极对接；第二电感的一端与第一二极管的阳极对接，一端与第一输出滤波电容的阴极对接；第一输出滤波电容的阳极与电压源的负极相连，第一输出滤波电容的阴极与负载的一端相连。

所述浮动输出型Cuk电路由第三电感、第二开关管、第二电容、第二二极管、第四电感和第二输出滤波电容组成；所述第三电感一端与电压源负极相连，一端与第二开关管的发射极对接，第二开关管的集电极与电压源的正极相连；第二电容的阴极与第二开关管的发射极对接，第二电容的阳极与第二二极管的阴极对接，第二二极管的阳极与电压源的正极对接；第四电感的一端与第二二极管的阴极对接，一端与第二输出滤波电容的阳极对接；第二输出滤波电容的阴极与电压源的负极相连，第二输出滤波电容的阳极与负载的另一端相连。

与现有技术相比，本发明具有如下显而易见的特点和优点：

本发明中的直流变换器与传统Boost、Cuk变换器相比，其输入电流纹波通过输入并联得到减小；其电压变比通过输出串联得到近一倍的增加；同时其开关管和滤波电容的最大电压应力减小到约为输出电压的一半。

附图说明

图1为本发明的高增益非隔离输入并联输出串联Cuk型组合式直流变换器的结构框图。

图2为本发明的高增益非隔离输入并联输出串联Cuk型组合式直流变换器的主电路图。

图3为本发明的高增益非隔离输入并联输出串联Cuk型组合式直流变换器工作时的等效电路图。

图4为本发明的高增益非隔离输入并联输出串联Cuk型组合式直流变换器工作时的工作原理波形图。

具体实施方式

下面结合附图和优选实施例，对本发明做详细说明。

如图1所示为本发明的高增益非隔离输入并联输出串联Cuk型组合式直流变换器的结构框图。该变换器的输入端由同一个电源供电，输出端为两个变换器的输出与输入源串联组成。实现了能量从低压向高压的转换，为分布式电源接入直流母线或通过逆变器并网时提供接口电路。

如图2所示，一种高增益非隔离输入并联输出串联Cuk型组合式直流变换器，包括电压源、高增益双Cuk组合式直流变换器、负载，所述电压源串接在高增益双Cuk组合式直流变换器的输入端，负载跨接在高增益双Cuk直流变换器的输出端，由此将低压直流电转换为高压直流电。所述电压源的工作电压范围为40V-60V。

所述高增益双Cuk组合式直流变换器由传统基本Cuk电路和浮动输出型Cuk电路输入并联和输出串联组成。

所述传统基本Cuk电路由第一电感L₁、第一开关管S₁、第一电容C₁、第一二极管D₁、第二电感L₂和第一输出滤波电容C₂组成；所述第一电感L₁一端与电压源正极相连，一端与第一开关管S₁的集电极对接，第一开关管S₁的发射极与电压源的阴极相连；第一电容C₁的阳极与第一开关管S₁的集电极对接，第一电容C₁的阴极与第一二极管D₁的阳极对接，第一二极管D₁的阴极与电压源的负极对接；第二电感L₂的一端与第一二极管D₁的阳极对接，一端与第一输出滤波电容C₂的阴极对接；第一输出滤波电容C₂的阳极与电压源的负极相连，第一输出滤波电容C₂的阴极与负载的一端相连。

所述浮动输出型Cuk电路由第三电感L₃、第二开关管S₂、第二电容C₃、第二二极管D₂、第四电感L₄和第二输出滤波电容C₄组成；所述第三电感L₃一端与电压源负极相连，一端与第二开关管S₂的发射极对接，第二开关管S₂的集电极与电压源的正极相连；第二电容C₃的阴极与第二开关管S₂的发射极对接，第二电容C₃的阳极与第二二极管D₂的阴极对接，第二二极管D₂的阳极与电压源的正极对接；第四电感L₄的一端与第二二极管D₂的阴极对接，一端与第二输出滤波电容C₄的阳极对接；第二输出滤波电容C₄的阴极与电压源的负极相连，第二输出滤波电容C₄的阳极与负载的另一端相连。

总之，通过高增益双Cuk组合式直流变换器构造出400V的直流母线。

下面结合附图3和图4叙述本优选实施例的具体工作原理：（其中两相双Cuk变换器采用相差180º的交错控制形式，开关管S₁和S₂均采用独立的PWM驱动工作模式）

如图3和图4所示，t₀-t₁时刻对应图3（a）所示，第一开关管S₁和第二开关管S₂同时开通，第一电感L₁和第三电感L₃电流线性上升，两者均从电压源处获取能量，第一电容C₁向负载R、第二电感L₂、第一输出滤波电容C₂提供能量，同时第二电容C₃向负载R、第四电感L₄、第二输出滤波电容C₄提供能量，输出电压V_o=V_c2+V_c4+V_i。

t₁-t₂时刻对应图3（b）所示，第一开关管S₁开通而第二开关管S₂关断，第一电感L₁电流继续上升，第三电感L₃电流线性下降，第一电感L₁继续从电源处获取能量，第三电感L₃和电源同时向第二电容C₃提供能量，与此同时，第四电感L₄和第二输出滤波电容C₄向负载R提供能量，输出电压V_o=V_c2+V_c4+V_i。

t₂-t₃时刻与前述t₀-t₁时刻的模态分析一致，输出电压V_o=V_c2+V_c4+V_i。

t₃-t₄时刻对应图3（c）所示，第一开关管S₁关断而第二开关管S₂开通，第一电感L₁电流线性下降，第三电感L₃电流继续上升，第三电感L₃继续从电源处获取能量，第一电感L₁和电源同时向第一电容C₁提供能量，与此同时，第二电感L₂、第二输出滤波电容C₂和电源同时向负载R提供能量，输出电压V_o=V_c2+V_c4+V_i。

本发明不局限于上述具体实施方式，本领域的技术人员可以根据本发明公开的内容进行多种实施方式。应理解上述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。