T型耦合电感网络升压变换器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及T型耦合电感网络升压变换器，属于电力电子变换器的技术领域。
【背景技术】
[0002] 升压变换器被广泛应用于工业领域，比如新能源发电、燃料电池等场合。传统的升 压变换器拓扑为boost电路，boost电路经常被用在输入电压比较低，输出电压比较高的场 合，如单个光伏电池模块。但是由于寄生参数的影响，导致占空比不能过大，一般极限升压 比大约为5倍，因此boost电路难以将单个光伏电池电压提升到所需要的母线电压水平。采 用耦合电感技术实现升压的变换器，一般是通过增加匝数比，从而实现电压增益的提升。但 是，过高的匝数比会带来一些问题:漏感、寄生电容等参数会增加，容易引起电压和电流尖 峰，这严重降低了系统的性能。
【发明内容】
[0003] 本发明是为了解决现有采用耦合电感技术实现升压的变换器，通过增加匝数比， 实现电压增益的提升的方法，易引起电压和电流尖峰，严重降低了系统的性能的问题，本发 明提供了一种T型耦合电感网络升压变换器。
[0004] T型耦合电感网络升压变换器，它包括T型耦合电感网络、箝位-升压电路、功率开 关管S、滤波电容C。和整流二极管D。；
[0005] T型耦合电感网络包括:耦合电感第一绕组N1、耦合电感第二绕组N2、耦合电感第三 绕组N3，箝位-升压电路包括箝位二极管D 1、箝位电容Cc、升压二极管D2和升压电容C1;
[0006] 其中，耦合电感第一绕组见的异名端、耦合电感第二绕组他的异名端和耦合电感第 三绕组N3的同名端连接在一起，
[0007] 耦合电感第一绕组^的同名端接直流电压源Vin的正极，耦合电感第二绕组N2的同 名端同时与功率开关管S的输入端和箝位二极管0:的阳极连接，耦合电感第三绕组N 3的异名 端与升压电容C1的一端连接，升压电容C1的另一端与升压二极管0 2的阴极和整流二极管D。 的阳极同时连接，
[0008] 整流二极管D。的阴极与滤波电容C。的一端连接，
[0009] 升压二极管D2的阳极同时与箝位二极管D1的阴极和箝位电容Cc的一端连接，
[0010] 直流电压源ViW负极同时与率开关管S的输出端、箝位电容C。的另一端和滤波电 容C。的另一端连接，
[0011] 滤波电容C。为变换器的输出端，用于接入负载R。
[0012] 所述的耦合电感第一绕组Ni与耦合电感第二绕组N2的匝数比小于1。
[0013]本发明的工作原理及工作过程如下：
[0014]本发明T型耦合电感网络升压变换器控制信号电压Vgs、第一耦合电感漏感电流 ^、第二耦合电感电流iN2,第二耦合电感电流iN3,输出二极管电流&，输出二极管两端电 压& *箝位二极管电流气，箝位二极管两端电压4，升压二极管电流4，升压二极管两端 电压，λ,，功率开关管电流is和电压Vs的波形如图2所示，本发明T型耦合电感网络升压变换 器工作过程分为5个开关模态，分别为开关模态1至开关模态5，具体描述如下：
[0015] 开关模态1，对应图2中的[to A]:等效电路如图3所示，to时刻开通S，第一耦合电 感漏感电流和第二耦合电感电流^、iN2上升;第三耦合电感电流iN3下降到零反向流动，升 压二极管电流_^)2:上升，功率开关管S的寄生电容Cp放电，功率开关管电流is上升，Vin、Lm、N3、 C1共同给负载和滤波电容供电A1时刻，输出二极管电流匕。下降到零。
[0016] 开关模态2,对应图2中的[ti，t2]:等效电路如图4所不，ti时刻输出二极管关断，第 一耦合电感漏感电流、第二耦合电感电流 zIfcl、iN2线性上升。第二耦合电感、第三耦合电感和 箝位电容共同给升压电容充电。滤波电容通过负载放电。
[0017] 开关模态3,对应图2中的[t2，t3]:等效电路如图5所示，t 2时刻，关断S寄生电容Cp 充电。第一耦合电感漏感电流和第二耦合电感电流L、iN2下降；升压二极管电流&下降， 第三耦合电感电流iN3下降到零反向流动，箝位二极管电流4,上升，功率开关管电流is下降， 滤波电容通过负载放电。
[0018] 开关模态4，对应图2中的[t3，t4]:等效电路如图6所不，t3时刻，输出二极管电流_ζ?)。 上升，箝位二极管电流4,下降。t 4时刻，输出二极管电流&下降到零。
[0019] 开关模态5，对应图2中的[t4，t5]:等效电路如图7所不，t4时刻，输出二极管电流b。 下降，'\^11、1^、此、&共同给负载和滤波电容供电。〖5时刻，功率开关管导通。
[0020] 由上述分析可得增益表达式为：
[0022]其中，D为功率开关管的导通占空比，IU2 = NVN2为第一耦合电感与第二耦合电感 的匝数比，M1 = NVN1S第三耦合电感与第一耦合电感的匝数比，n32 = N3/N2S第三耦合电感 与第二耦合电感的匝数比。
[0023]所具有的特点：
[0024] 在传统的耦合电感类型的高增益直流变换器中，电压增益随着耦合电感匝数比的 增加而显著提升，但是，耦合电感的匝数比并不能无限的提升，当耦合电感匝数比较大时， 耦合电感漏感和寄生电容会严重影响变换器的性能。而在本变换器中，耦合电感匝数比越 小，变换器的增益反而提升，这就有效的降低了耦合电感漏感和寄生电容对变换器性能的 影响。如图8所示，进一步展示了所提变换器在匝数比上的优势。
[0025] 下面通过具体实施例的数据说明采用本发明结构的有益效果：
[0026] 如图9至图12所示，输入电压Vin = 20V，输出电压V〇 = 200V，图中Vin为输入电压，V。 为输出电压，Vs为功率开关管的漏极和源极电压差，Vd。为输出二极管阴极和阳极电压差，Vd1 为箝位二极管阴极和阳极电压差，Vd2为升压二极管阴极和阳极电压差，VC。为箝位电容两端 电压，Vci为升压电容两端电压，iNi为第一親合电感电流，iN2为第二親合电感电流，iN3为第三 耦合电感电流，iD。为整流二极管电流;在图9至图12坐标系统中，横坐标均为10微秒/单元 格，Vs的纵坐标为50伏/单元格，Vd。的纵坐标为50伏/单元格，Vdi的纵坐标为50伏/单元格，