一种零输入电流纹波超高增益DC-DC变换器

本技术属于电力电子，尤其涉及一种零输入电流纹波超高增益dc-dc变换器。

背景技术：

1、目前，进入21世纪的人类社会面临传统化石能源储量不足和环境污染的局面，开发和利用如太阳能、风能、水能、氢能源等新能源已刻不容缓。在新能源发电系统中，由于光伏电池和燃料电池等可再生能源的输出电压较低，因此，均需要升压的dc-dc变换器与后级进行电压匹配。此外，光伏电池和燃料电池的使用寿命和发电效率受dc-dc的输入侧电流纹波的作用较为显著，这对dc-dc拓扑结构的输入侧的电流纹波提出较高要求。为了满足高增益要求，该类dc-dc变换器通常采用耦合电感型boost变换器，调整耦合电感的匝比来实现各种升压功能，但是依靠调整耦合电感的匝比来实现升压存在以下问题：耦合电感漏感引起的电压尖峰会增加开关管或二极管的电压应力，进一步加剧了开关器件的应力，并导致严重的电磁干扰问题。对于输入侧的电流纹波，通常使用交错并联技术，若要获得零输入电流纹波，则需要变换器在固定的占空比下工作，因此无法获得连续的升压比，灵活性受到了极大的限制，并且电压增益并不是很大。而且两相交错，所有元器件使用是单相电路的两倍，成本高。

2、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：耦合电感漏感引起的电压尖峰会增加开关管或二极管的电压应力，进一步加剧了开关器件的应力，并导致严重的电磁干扰问题。对于输入侧的电流纹波，通常使用交错并联技术，若要获得零输入电流纹波，则需要变换器在固定的占空比下工作，因此无法获得连续的升压比，灵活性受到了极大的限制，并且电压增益并不是很大。而且两相交错，所有元器件使用是单相电路的两倍，成本高。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种零输入电流纹波超高增益dc-dc变换器。

2、本实用新型是这样实现的，一种零输入电流纹波超高增益dc-dc变换器，所述零输入电流纹波超高增益dc-dc变换器设置有输入电源vin；

3、输入电源vin端的正极连接耦合电感原边绕组l1的同名端，耦合电感原边绕组l1的异名端与电感l3的一端连接，电感l3的一端与耦合电感副边绕组l2的同名端连接；

4、电感l3的另一端连接输入电容cin的一端，耦合电感副边绕组l2的异名端与第一开关管s1的源极连接。

5、进一步，所述第一开关管s1的源极分别连接第一二极管d1的一端和第一电容c1的一端。

6、进一步，所述第一电容c1的另一端分别连接第二二极管d2的另一端、第三二极管d3的一端和第二开关管s2的漏极。

7、进一步，所述第三二极管d3的另一端分别连接第四二极管d4的一端和第三电容c3的一端，第四二极管d4的另一端分别连接第二电容c2的另一端和第五二极管d5的一端。

8、进一步，所述第五二极管d5的另一端分别连接输出电容co的一端和负载r的一端。

9、进一步，所述输入电源vin端的负极分别连接输入电容cin的另一端、第一二极管d1的另一端、第二开关管s2的源极、第三电容c3的另一端、输出电容co的另一端和负载r的另一端。

10、结合上述的技术方案和解决的技术问题，请从以下几方面分析本实用新型所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

11、第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本实用新型的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本实用新型技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：

12、本实用新型零输入电流纹波，耦合电感的ll-lc网络，基于电感匹配原理实现功率变换器输入电流纹波抵消，不受占空比支配，可达到零输入电流纹波；同时还减少了变换器开关器件上的电流应力，增大了选型的自由度，而且有利于热量的管理和封装的灵活性。本实用新型小占空比，高压增益，不需要很大占空比，就可以实现高电压增益，同时降低了开关器件的导通损耗，非常适合应用于低压输入高压输出的场合。本实用新型中连续输入电流和高功率密度，输入源与电感直接连接，可实现连续输入电流和高功率密度。本实用新型可靠性输出，输入和输出端子共用接地，有利于避免du/dt问题，实现可靠的输出。

13、本实用新型解决了现有技术中不能在低占空比实现零输入电流纹波和高电压增益的技术问题，达到了在较低占空比即可实现零输入电流纹波和高电压增益的需求，提高了燃料电池的寿命和发电效率。

14、第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本实用新型所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：

15、本实用新型结构新颖、设计巧妙，通过将基于耦合电感的ll-lc网络和开关电容技术结合在一起，实现零输入纹波、高电压增益、高变换效率、低电压应力、连续输入电流、功率密度高和可靠性输出等，非常适用于光伏、燃料电池等需要高升压比的新能源发电应用场合。

技术特征：

1.一种零输入电流纹波超高增益dc-dc变换器，其特征在于，所述零输入电流纹波超高增益dc-dc变换器设置有：

2.如权利要求1所述零输入电流纹波超高增益dc-dc变换器，其特征在于，所述第一开关管s1的源极分别连接第一二极管d1的一端和第一电容c1的一端。

3.如权利要求2所述零输入电流纹波超高增益dc-dc变换器，其特征在于，所述第一电容c1的另一端分别连接第二二极管d2的另一端、第三二极管d3的一端和第二开关管s2的漏极。

4.如权利要求3所述零输入电流纹波超高增益dc-dc变换器，其特征在于，所述第三二极管d3的另一端分别连接第四二极管d4的一端和第三电容c3的一端，第四二极管d4的另一端分别连接第二电容c2的另一端和第五二极管d5的一端。

5.如权利要求4所述零输入电流纹波超高增益dc-dc变换器，其特征在于，所述第五二极管d5的另一端分别连接输出电容co的一端和负载r的一端。

6.如权利要求1所述零输入电流纹波超高增益dc-dc变换器，其特征在于，所述输入电源vin端的负极分别连接输入电容cin的另一端、第一二极管d1的另一端、第二开关管s2的源极、第三电容c3的另一端、输出电容co的另一端和负载r的另一端。

技术总结
本技术属于电力电子技术领域，公开了一种零输入电流纹波超高增益DC‑DC变换器，输入电源V<subgt;in</subgt;端的正极连接耦合电感原边绕组L<subgt;1</subgt;的同名端，耦合电感原边绕组L<subgt;1</subgt;的异名端与电感L<subgt;3</subgt;的一端连接，电感L<subgt;3</subgt;的一端与耦合电感副边绕组L<subgt;2</subgt;的同名端连接；电感L<subgt;3</subgt;的另一端连接输入电容C<subgt;in</subgt;的一端，耦合电感副边绕组L<subgt;2</subgt;的异名端与第一开关管S<subgt;1</subgt;的源极连接。本技术结构新颖、设计巧妙，通过将基于耦合电感的LL‑LC网络和开关电容技术结合在一起，实现零输入纹波、高电压增益、高变换效率、低电压应力、连续输入电流、功率密度高和可靠性输出等，非常适用于光伏、燃料电池等需要高升压比的新能源发电应用场合。

技术研发人员：杨岸岸,王月武,文家燕,陆晶晶,龚涛,杨康健,黄心妍
受保护的技术使用者：广西科技大学
技术研发日：20220810
技术公布日：2024/1/12