一种适用于低压光伏的非隔离型直流变换器的制作方法

本发明属于电力电子，具体涉及一种适用于低压光伏的非隔离型直流变换器。

背景技术：

1、近年来，随着低碳理念的普及，光伏发电等可再生能源发电系统得到了快速发展。但目前直流电压母线对电压等级的需求越来越高，通常为200v-400v。但光伏发电等可再生能源系统的输出电压都不足以满足直流母线的电压需求。近年来，非隔离式高升压比dc-dc转换器因其功率密度高、控制策略简单、成本低而被广泛用于光伏发电并网应用。文献1(k.-c.tseng,j.-t.lin and c.-c.huang,"high step-up converter with three-winding coupled inductor for fuel cell energy source applications,"in ieeetransactions on power electronics,vol.30,no.2,pp.574-581,feb.2015.)提出了一种基于耦合电感和倍压技术相结合的非隔离型直流变换器。但文献1提出的变换器由于耦合电感漏感的存在会导致高的电压尖峰。于是，采取耦合电感和谐振技术相结合的非隔离高升压变换器被广泛研究，文献2(y.ye,k.w.e.cheng and s.chen,"a high step-up pwmdc-dc converter with coupled-inductor and resonant switched-capacitor"in ieeetransactions on power electronics,vol.32,no.10,pp.7739-7749,oct.2017.)所提出的变换器就是采用耦合电感的漏感作为谐振电感与谐振电容进行谐振，从而实现二极管的软开关技术。同时此变换器的电路拓扑是可拓展的，但仅通过一个耦合电感的副边绕组所获得的电压增益较低。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种适用于低压光伏的非隔离型直流变换器，本发明能够实现高升压比的直流变换，具有开关损耗低、成本低、设备体积小、通用性好的优点，尤其是用于低压光伏等需要高升压比的直流变换场景。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

3、一种适用于低压光伏的非隔离型直流变换器，包括带有谐振腔电路的谐振升压单元，所述谐振升压单元的输入端连接有前级升压单元，所述前级升压单元包括两级boost电路，每一级boost电路中均串接有一个耦合电感原边绕组，所述谐振升压单元的谐振腔电路串联连接有两个耦合电感副边绕组，且每一级boost电路的耦合电感原边绕组分别与一个耦合电感副边绕组耦合形成耦合电感。

4、可选地，所述两级boost电路由依次相连的前级boost电路和后级boost电路构成，所述前级boost电路包括第一开关管q1、第二开关管q2、升压电容cb、耦合电感原边绕组la以及输入电源vin，所述输入电源vin和升压电容cb串联形成串联支路以作为后级boost电路的输入，所述第一开关管q1和第二开关管q2正向串联后并联在串联支路上，所述耦合电感原边绕组la连接在输入电源vin的输出端和第一开关管q1、第二开关管q2两者的中间接点上。

5、可选地，所述后级boost电路包括第三开关管q3、第四开关管q4、升压电容v1以及耦合电感原边绕组lb，所述第三开关管q3、第四开关管q4正向串联后再与升压电容v1串联连接后与前级boost电路的串联支路上，所述耦合电感原边绕组lb连接在串联支路的正极和第三开关管q3、第四开关管q4两者的中间接点上。

6、可选地，所述谐振升压单元的数量为一个。

7、可选地，所述谐振升压单元包括二极管d1、二极管d2、稳压电容c2、谐振电容cr、谐振电感lla、耦合电感副边绕组n12、谐振电感llb和耦合电感副边绕组n22，所述二极管d1、二极管d2串联形成二极管串联支路，所述稳压电容c2与二极管串联支路并联连接，所述二极管串联支路一端与前级升压单元的输出端相连、另一端作为非隔离型直流变换器的输出端，所述谐振电容cr、谐振电感lla、谐振电感llb三者串联形成谐振腔电路，所述耦合电感副边绕组n22和耦合电感副边绕组n21串联布置在谐振腔电路上，所述谐振腔电路一端与二极管d1、二极管d2两者的中间接点相连、另一端与第三开关管q3、第四开关管q4两者的中间接点相连。

8、可选地，所述耦合电感副边绕组n22和耦合电感副边绕组n21串联布置在谐振腔电路上是指谐振电容cr、谐振电感lla、耦合电感副边绕组n12、谐振电感llb和耦合电感副边绕组n22间依次顺序布置。

9、可选地，所述谐振升压单元的数量为多个，且多个谐振升压单元之间级联连接。

10、可选地，所述多个谐振升压单元中任意第z个谐振升压单元包括二极管dz1、二极管dz2、稳压电容cz+1、谐振电容crz、谐振电感llaz、耦合电感副边绕组n12、谐振电感llbz和耦合电感副边绕组n22，所述二极管dz1、二极管dz2串联形成二极管串联支路，所述稳压电容cz+1与二极管串联支路并联连接，所述谐振电容crz、谐振电感llaz、谐振电感llbz三者串联形成谐振腔电路，所述耦合电感副边绕组n22和耦合电感副边绕组n21串联布置在谐振腔电路上，各个谐振升压单元的二极管串联支路依次串联连接，且由第一级谐振升压单元的二极管串联支路与前级升压单元的输出端相连、最末一级谐振升压单元的二极管串联支路与作为非隔离型直流变换器的输出端，各个谐振升压单元的谐振腔电路依次串联连接，且由第一级谐振升压单元的谐振腔电路与第三开关管q3、第四开关管q4两者的中间接点相连，其余每一级谐振升压单元的谐振腔电路一端与上一级谐振升压单元的谐振腔电路相连、另一端还与本级谐振升压单元中二极管dz1、二极管dz2两者的中间接点相连。

11、可选地，所述耦合电感副边绕组n22和耦合电感副边绕组n21串联布置在谐振腔电路上是指谐振电容crz、谐振电感llaz、耦合电感副边绕组n12、谐振电感llbz和耦合电感副边绕组n22间依次顺序布置。

12、可选地，所述第一开关管q1和第二开关管q2以互补的方式工作，所述第三开关管q3和第四开关管q4以互补的方式工作，且第一开关管q1、第三开关管q3同时导通与关断，所述谐振腔电路半个谐振周期小于第一开关管q1～第四开关管q4的半个开关周期，使得在一个开关周期中有连续的四种工作模式：模态一下：第一开关管q1、第三开关管q3导通，第二开关管q2和第四开关管q4关断，使得输入电源vin钳位在前级boost电路的耦合电感初级绕组，而电压vin+vb则钳位在后级boost电路的耦合电感初级绕组，其中vb为升压电容cb的电压，使得两个耦合电感原边绕组的励磁电流ila和ilb均从其最小值imin线性上升，谐振腔电路的电流从零开始增加，谐振升压单元中的二极管串联支路零电流开关开通；模态二下：第一开关管q1、第三开关管q3继续导通，第二开关管q2和第四开关管q4保持关断，谐振腔电路的电流降为零，谐振升压单元中的二极管串联支路零电流开关关断，两个耦合电感原边绕组的仍被充电使励磁电流ila和ilb保持线性上升达到最大值imax；模态三下：第一开关管q1、第三开关管q3关断，第二开关管q2和第四开关管q4导通，升压电容cb的电压vb钳位在前级boost电路的耦合电感原边绕组，升压电容c1的电压v1钳位在后级boost电路的耦合电感原边绕组，使得两个耦合电感原边绕组的励磁电流ila和ilb从其最大值imax线性下降，谐振腔电路开始反向谐振使得电流从零开始反向增加，谐振升压单元中的二极管串联支路实现零电流开关开通；模态四下：第一开关管q1、第三开关管q3保持关断，第二开关管q2和第四开关管q4继续导通，使得谐振腔电路的电流降为零，谐振升压单元中的二极管串联支路实现零电流开关关断。

13、和现有技术相比，本发明主要具有下述优点：

14、1、本发明在现有电路拓扑的基础上，在带有谐振腔电路的谐振升压单元的上增加了前级升压单元，前级升压单元由两个耦合电感原边绕组作为升压电感的boost电路输入输出串联构成，同时谐振升压单元包括了两个耦合电感副边绕组和谐振腔串联组成的谐振支路。

15、2、本发明相较于现有技术，新增加了一级boost电路，且不是直接级联，通过副边绕组的升压作用增益能够显著提升。本发明相较于现有电路拓扑，电压增益提高了2/5，尤其适用于于低压光伏这种需要高升压比的工况需求。

16、3、本发明通过谐振腔电路来实现谐振升压单元中二极管的软开关技术，同时利用耦合电感的漏感来作为谐振电感，能够有效的节约成本，减小设备的体积。

17、4、本发明使用的两个耦合电感副边绕组的匝数一致，同时谐振升压单元的谐振电容和谐振电感的参数相同，保持了谐振升压单元的通用性。