本发明涉及dc-dc变换器，特别是涉及复合型双不对称倍压单元dc-dc变换器。
背景技术
环境污染问题以及能源枯竭问题已经迫在眉睫，清洁型的可再生能源的发展已经受到了全世界的广泛关注，世界各地的专家学者都在致力于研究和开发新能源的应用，其中太阳能和风能已经得到了较为广泛的应用。不过对于这些系统，如何并网运行、满足电网中的高电压需要仍然是最重要的问题，具有高电压增益特性的dc-dc变换器在新能源发电并网过程发挥着不可或缺的作用。传统的boost变换器理论上可以通过提高占空比来提高电压增益。但是实际应用中，由于寄生参数的限制，无法实现较为极端的高占空比。若采用级联型的拓扑结构，器件数量增加所带来的效率低、成本高的问题又会凸显。
技术实现要素：
发明目的：本发明的目的是提供一种能够提高效率和增益比的复合型双不对称倍压单元dc-dc变换器。
技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述的复合型双不对称倍压单元dc-dc变换器，包括输入电源vin，输入电源vin的正极连接耦合电感的原边绕组l1的一端，耦合电感的原边绕组l1的另一端分别连接耦合电感的副边绕组l2的一端、电容c4的一端、二极管d3的阳极和开关管s的漏极，耦合电感的副边绕组l2的另一端连接电容c3的一端，电容c3的另一端分别连接二极管d3的阴极和二极管d4的阳极，二极管d4的阴极分别连接电容c4的另一端和输出整流二极管do的阳极，输出整流二极管do的阴极分别连接输出电容co的一端和负载电阻r的一端，输出电容co的另一端、负载电阻r的另一端和开关管s的源极分别连接输入电源vin的负极。
进一步，还包括电容c7和二极管d7；电容c7的一端连接耦合电感副边绕组l2的一端，电容c7的另一端连接输出整流二极管do的阳极；二极管d7的阳极连接二极管d4的阴极，二极管d7的阴极连接输出整流二极管do的阳极。电容c7和二极管d7构成漏感钳位电路，可以有效抑制耦合电感的漏感能量，提高电路的效率。
进一步，还包括电容c1和二极管d1；电容c1的一端连接耦合电感原边绕组l1的一端，电容c1的另一端连接输出整流二极管do的阳极；二极管d1的阳极连接二极管d4的阴极，二极管d1的阴极连接输出整流二极管do的阳极。电容c1和二极管d1与输入电源一起构成漏感钳位电路，利用电源电压的稳定性，进一步改善了钳位效果。
进一步，还包括电容c2和二极管d2；电容c2的一端连接耦合电感副边绕组l2的另一端，电容c2的另一端连接输出整流二极管do的阳极；二极管d2的阳极连接二极管d1的阴极，二极管d2的阴极连接输出整流二极管do的阳极。电容c2和二极管d2与原电路构成新的升压结构，使电路的升压能力得到进一步提高。
进一步，还包括电感l3、电容c5、二极管d5和二极管d6；电感l3的一端连接输入电源vin的正极，电感l3的另一端分别连接二极管d5的阳极和二极管d6的阳极，二极管d6的阴极分别连接电容c5的一端和耦合电感原边绕组l1的一端，二极管d5的阴极分别连接耦合电感原边绕组l1的另一端和开关管s的漏极，电容c5的另一端连接输入电源vin的负极。新的电路构成二次型的电路结构，在进一步增加了电路的升压能力基础上没有增加开关管个数，使得对电路的控制变得容易。
有益效果：本发明公开了一种复合型双不对称倍压单元dc-dc变换器，与现有技术相比，具有以下的有益效果：
1)本发明融合了耦合电感结构，在提高变换器的电压增益的基础上，也使得电压增益更加灵活，应用场合更加多样，并且电流和功率的波动得到了有效的降低；
2)本发明融合了两电容漏感钳位电路结构，在使用耦合电感提高变换器升压能力的基础上，使耦合电感漏感的能量有释放的回路，避免了漏感能量引起的电路谐振问题，同时也提高了电路的效率；
3)本发明融合了复合型双不对称倍压电路结构，与传统的升压变换器相比，升压性能得到提高；与传统的单自举单元结构的升压单元相比较，随着占空比的增加，该转换器具有优越的升压电压性能。
附图说明
图1为本发明第一种具体实施方式中变换器的电路图；
图2为本发明第二种具体实施方式中变换器的电路图；
图3为本发明第三种具体实施方式中变换器的电路图；
图4为本发明第四种具体实施方式中变换器的电路图；
图5为本发明第五种具体实施方式中变换器的电路图；
图6为本发明第五种具体实施方式中变换器的等效电路图；
图7为本发明第五种具体实施方式中变换器的第一种开关模态的等效图；
图8为本发明第五种具体实施方式中变换器的第二种开关模态的等效图；
图9为本发明第五种具体实施方式中变换器的第三种开关模态的等效图；
图10为本发明第五种具体实施方式中变换器的第四种开关模态的等效图；
图11为本发明第五种具体实施方式中变换器的第五种开关模态的等效图；
图12为本发明第五种具体实施方式中变换器的第六种开关模态的等效图；
图13为本发明第五种具体实施方式中变换器的开关管s的栅源电压vgs、输出电压vo和输入电压vin的波形图；
图14为本发明第五种具体实施方式中变换器的开关管s的栅源电压vgs、漏源电压vds和耦合电感原边绕组l1两端的电压
图15为本发明第五种具体实施方式中变换器的开关管s的栅源电压vgs、钳位二极管db的电流
图16为本发明第五种具体实施方式中变换器的开关管s的栅源电压vgs、续流二极管d2的电流
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步的介绍。
第一种具体实施方式公开了一种复合型双不对称倍压单元dc-dc变换器，如图1所示，包括输入电源vin，输入电源vin的正极连接耦合电感的原边绕组l1的一端，耦合电感的原边绕组l1的另一端分别连接耦合电感的副边绕组l2的一端、电容c4的一端、二极管d3的阳极和开关管s的漏极，耦合电感的副边绕组l2的另一端连接电容c3的一端，电容c3的另一端分别连接二极管d3的阴极和二极管d4的阳极，二极管d4的阴极分别连接电容c4的另一端和输出整流二极管do的阳极，输出整流二极管do的阴极分别连接输出电容co的一端和负载电阻r的一端，输出电容co的另一端、负载电阻r的另一端和开关管s的源极分别连接输入电源vin的负极。
第二种具体实施方式在第一种具体实施方式的基础上增加了电容c7和二极管d7，如图2所示，电容c7的一端连接耦合电感副边绕组l2的一端，电容c7的另一端连接输出整流二极管do的阳极；二极管d7的阳极连接二极管d4的阴极，二极管d7的阴极连接输出整流二极管do的阳极。
第三种具体实施方式在第一种具体实施方式的基础上增加了电容c1和二极管d1，如图3所示，电容c1的一端连接耦合电感原边绕组l1的一端，电容c1的另一端连接输出整流二极管do的阳极；二极管d1的阳极连接二极管d4的阴极，二极管d1的阴极连接输出整流二极管do的阳极。
第四种具体实施方式在第三种具体实施方式的基础上增加了电容c2和二极管d2，如图4所示，电容c2的一端连接耦合电感副边绕组l2的另一端，电容c2的另一端连接输出整流二极管do的阳极；二极管d2的阳极连接二极管d1的阴极，二极管d2的阴极连接输出整流二极管do的阳极。
第五种具体实施方式在第四种具体实施方式的基础上增加了电感l3、电容c5、二极管d5和二极管d6，如图5所示，电感l3的一端连接输入电源vin的正极，电感l3的另一端分别连接二极管d5的阳极和二极管d6的阳极，二极管d6的阴极分别连接电容c5的一端和耦合电感原边绕组l1的一端，二极管d5的阴极分别连接耦合电感原边绕组l1的另一端和开关管s的漏极，电容c5的另一端连接输入电源vin的负极。
其中，开关管s为mosfet或者igbt。
本发明第五种具体实施方式中变换器的等效电路图如图6所示，，耦合电感原边绕组l1的等效电路为漏感lk和励磁电感lm，原边理想变压器匝数n1、副边理想变压器匝数n2。输入电源vin的电流为iin，输入电源vin的电压为vin，耦合电感原边绕组励磁电感lm的电流为
第五种具体实施方式中dc-dc变换器的工作过程分为6个开关模态，分别为第一种开关模态至第六种开关模态，电阻r为负载，具体描述如下：
第一种开关模态，等效电路图7所示，开关s导通，二极管d4、二极管d5和二极管do正向偏置导通，二极管d1、二极管d2、二极管d3和二极管d6反向偏置。电流流动路径如图7所示。输入电源vin给电感l3充电，电容c5给耦合电感的原边绕组l1充电，耦合电感的副边绕组l2通过电容c3、电容c4和二极管d4构成的回路续流，同时将能量释放到负载r和输出电容co。
第二种开关模态，等效电路图8所示，开关s继续导通，二极管d2和二极管d5正向偏置导通，二极管d1、二极管d3、二极管d4、二极管d6和二极管do反向偏置。电流流动路径如图8所示。输入电源vin继续给电感l3充电，电容c5继续给耦合电感的原边绕组l1充电，耦合电感的副边绕组l2的电流反向，电容c5通过二极管d2、电容c1和耦合电感的副边绕组l2构成的回路给电容c1充电。输出电容co释放能量到负载r。
第三种开关模态，等效电路图9所示，开关s继续导通，二极管d2、二极管d3和二极管d5导通，同时，二极管d1、二极管d4、二极管d6和二极管do关断。电流流动路径如图9所示。输入电源vin继续给电感l3充电，电容c5继续给耦合电感的原边绕组l1充电，电容c5继续通过二极管d2、电容c1和耦合电感的副边绕组l2构成的回路给电容c1充电，同时，耦合电感的副边绕组l2通过二极管d3给电容c3充电。输出电容co释放能量到负载r。
第四种开关模态，等效电路图10所示，开关s关断，二极管d2、二极管d4和二极管d5反向偏置，二极管d1、二极管d3和二极管d6正向偏置。电流流动路径如图10所示。输入电源vin和电感l3给电容充电并且给耦合电感的原边绕组l1提供能量，耦合电感的副边绕组l2的电流由二极管d3和电容c3构成的回路续流，耦合电感漏感的能量通过二极管d1、电容c1、电容c4构成的回路释放。输出电容co释放能量到负载r。
第五种开关模态，等效电路图11所示，开关s继续关断，二极管d2、二极管d3、二极管d4和二极管d5反向偏置，电流流动路径如图11所示。二极管d1、二极管d6和输出二极管do正向偏置。输入电源vin、电感l3、耦合电感原边绕组l1、耦合电感的副边绕组l2和电容c2同时向电容c5、输出电容co和负载r提供能量。耦合电感漏感的能量继续通过二极管d1、电容c1、电容c4构成的回路释放。
第六种开关模态，等效电路图12所示，开关s继续关断，二极管d1、二极管d2、二极管d3和二极管d5反向偏置，电流流动路径如图12所示。二极管d6、二极管d6和输出整流二极管do正向偏置。输入电源vin、电感l3、耦合电感原边绕组l1、耦合电感的副边绕组l2和电容c2继续向电容c5、输出电容co和负载r提供能量。耦合电感的漏感能量释放完毕，同时耦合电感的副边绕组l2给电容c3和电容c4充电。
变换器按照第一种开关模态至第六种开关模态工作时，电路中开关管s栅源电压、耦合电感原边绕组l1两端电压、流过耦合电感原边绕组l1的电流、输出电压vo、输出整流二极管do的电压、流过二极管d3的电流、流过二极管d4的电流、二极管d1的电压、二极管d2的电压的波形具体描述如下：
在图13中，输入电压vin＝30v，输出电压vo＝380v，开关管s的栅源两端的电压差vgs的纵坐标为5伏/单元格，输出电压的纵坐标为100伏/单元格，输出整流二极管do的电压的纵坐标为100伏/单元格。
在图14中，输入电压vin＝30v，输出电压vo＝380v，开关管s的栅源两端的电压差vgs的纵坐标为5伏/单元格,耦合电感原边绕组l1两端电压的纵坐标为50伏/单元格，流过耦合电感原边绕组l1的电流的纵坐标为5安/单元格。
在图15中，输入电压vin＝30v，输出电压vo＝380v，开关管s的栅源两端的电压差vgs的纵坐标为5伏/单元格，流过二极管d3的电流的纵坐标为4安/单元格，流过二极管d4的电流的纵坐标为10安/单元格。
在图16中，输入电压vin＝30v，输出电压vo＝380v，开关管s的栅源两端的电压差vgs的纵坐标为5伏/单元格，二极管d1的电压的纵坐标为50伏/单元格，二极管d2的电压的纵坐标为100伏/单元格。