有附加电势叠加输出的单管高增益直流电压提升变换电路的制作方法

本发明属于电力变换电路
技术领域：
，具体涉及有附加电势叠加输出的单管高增益直流电压提升变换电路。
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叠加输出的单管高增益直流电压提升变换电路，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：附加电势叠加输出的单管高增益直流电压提升变换电路，包括电源E，电源E的正端与升压电感L1的一端及第二二极管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、第四二极管D4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的高电位端与第六二极管D6的阴极、第一二极管D1的阳极分别相连；所述的辅助电感L2的另一端与第五二极管D5的阳极、第六二极管D6的阳极分别相连；所述的第五二极管D5的阴极与第四二极管D4的阴极、开关管T集电极分别相连；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T工作周期为Ts，工作周期内开关管的导通时间为ton，则占空比为辅助电容C1两端的电压：输出负载电容Co两端的电压：设定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，f为开关管控制频率，IMax为电感电流最大值，则：电感电流额定参数：IL1e＝IL2e＝(1.1:1.2)IMax；电感参数：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，开关管T额定电压取为其实际承受电压的1.5-2.0倍，则：开关管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、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6的电流定额按照电感电流最大值IMax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＝ID4e＝ID5e＝ID6e＝(1.2:1.5)IMax；电压定额：UD3e＝(1.5:2.0)E；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倍选取，则：辅助电容C1额定电压：输出负载电容Co额定电压：设定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，Ts为开关管控制周期，则：输出负载电容：辅助电容：有益效果：与现有技术相比，本发明的附加电势叠加输出的单管高增益直流电压提升变换电路，由电感元件的泵升电压与被并行电感充电的辅助电容电压顺极性串联给负载供电，将输入直流电压进行提升；由单个开关管控制升压电感元件及并行电感元件的充电、升压电感放电与被并行电感充电的电容电压顺极性串联放电的状态转换，获得比单级升压斩波变换电路高得多的输出电压增益；同时本发明的电路控制模态简单，电路传递功率的效率高。附图说明图1是有附加电势叠加输出的单管高增益直流电压变换电路；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。附加电势叠加输出的单管高增益直流电压提升变换电路，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、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、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的一端及第二二极管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、第四二极管D4的阳极、辅助电容C1的低电位端分别相连；辅助电容C1的高电位端与第六二极管D6的阴极、第一二极管D1的阳极分别相连；辅助电感L2的另一端与第五二极管D5的阳极、第六二极管D6的阳极分别相连；第五二极管D5的阴极与第四二极管D4的阴极、开关管T集电极分别相连；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。设定开关管T工作周期为Ts，工作周期内开关管的导通时间为ton，则占空比为随着开关管的开通、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，该电势不参与对变换电路的升压电感的激励，但在开关管关断时和电感升压电感的自感应电动势一道向负载传递能量，将其视为附加电势。(1)当开关管开通时，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”。观察电路，开关管开通时，升压电感L1电流i1的流通路径为：电源“+”→L1→D4→T→电源“-”，根据基尔霍夫定律有方程：在电源电压作用下，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电流i2的流通路径为：电源“+”→D2→L2→D5→T→电源“-”，根据基尔霍夫定律有方程：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”。在此过程中，第一二极管D1、第三二极管D3、第六二极管D6承受反向电压而截止，输出电压由输出负载电容Co放电维持。(2)当开关管关断时，电路工作情况如图3所示。开关管T关断时，电感电流i1、i2要继续流通，升压电感L1、辅助电感L2上形成的自感应电动势要维持i1、i2持续流通，其极性均为右“正”左“负”。电感电流i1的流通路径为：电源“+”→L1→C1→D1→负载→电源“-”端，根据基尔霍夫定律有方程：此时，电源电压、辅助电容C1上的电压、电感的自感应电动势共同给负载供电，电感电流i1下降。电感电流i2的流通路径为：D3阴极→L2→D6→C1→D3阳极，根据基尔霍夫定律有方程：辅助电感L2向辅助电容传输电能，形成附加电势，电感电流i2下降。由公式(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1.01.21.51.862.333.04.05.79.019.0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电感值L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。f为开关管控制频率，IMax为电感电流最大值。电感电流额定参数：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。电感参数：(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。开关管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、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6变换电路中的第二二极管D2、第四二极管D4、第五二极管D5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、第六二极管D6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、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6的电流定额按照电感电流最大值IMax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。电流定额：ID1e＝ID2e＝ID3e＝ID4e＝ID5e＝ID6e＝(1.2:1.5)IMax；电压定额：UD3e＝(1.5:2.0)E；(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，则：输出负载电容：辅助电容：当前第1页1 2 3