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专利号: 2021108678944
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种高效率高增益准Z源软开关DC‑DC变换器,其特征在于,包括直流电源Vg、储能电感L1、箝位单元、耦合电感单元和负载侧;

所述直流电源Vg为储能电感L1提供能量;

所述箝位单元,将耦合电感单元的耦合电感漏感产生的电压尖峰箝位到一固定值,并且将能量传递到负载侧;

所述耦合电感单元,利用耦合电感充放电,对占空比D和匝比n进行调节,实现高电压转换。

2.根据权利要求1所述的一种高效率高增益准Z源软开关DC‑DC变换器,其特征在于,所述箝位单元包括第一开关管S1及其反并联二极管DS1和缓冲电容CS1、第二开关管S2及其反并联二极管DS2和缓冲电容CS2、第一电容C1和第二电容C2;

所述耦合电感单元包括耦合电感的第一绕组L2a、第二绕组L2b、第三电容C3和第一二极管D1;

所述负载侧包括第二二极管Do、输出电容Co和负载R;

所述储能电感L1与耦合电感第一绕组L2a之间的电流差和电流和,使第一开关管S1和第二开关管S2并联的缓冲电容完全充放电,并加以死区时间的控制,从而使第一二极管D1和第二二极管Do工作在零电压开关环境下;

所述耦合电感的第一绕组L2a、第二绕组L2b,用于实现电路的高增益;

所述箝位单元收集耦合电感的漏感能量,并最终转移到负载侧,实现箝位电容能量的无损吸收。

3.根据权利要求2所述的一种高效率高增益准Z源软开关DC‑DC变换器,其特征在于,所述储能电感L1的一端与直流电源Vg相连,另一端与箝位单元第二电容C2负极和第二开关管S2负极的公共端相连;

所述箝位单元中,第一开关管S1的正极与第二电容C2的正极相连,第二电容C2的负极与第二开关管S2的负极相连,第二开关管S2的正极与第一电容C1的正极相连,第一电容C1的负极与第一开关管S1的负极及直流电源Vg的负极相连,第一开关管S1和第二开关管S2的栅源极用以接收外部主控芯片的控制信号,通过占空比的变化控制开关管的导通或关断实现电路不同工作状态的切换;

所述耦合电感单元中,第一绕组和第二绕组互为同名端,且匝数比为1:n,第一绕组L2a、第二绕组L2b和第三电容串联后,再与第一二极管D1并联,第一绕组L2a正极和第一二极管D1阴极的公共端与第一电容C1正极和第二开关管S2正极的公共端相连,第一绕组L2a负极和第三电容C3负极的公共端与第一开关管S1正极和第二电容C2正极的公共端相连,第二绕组L2b负极和第一二极管D1阳极的公共端与输出侧的第二二极管Do阴极相连,将能量传递到负载侧;

所述负载侧中,输出电容Co和负载R并联后,再与第二二极管Do串联。

4.根据权利要求3所述的一种高效率高增益准Z源软开关DC‑DC变换器,其特征在于,所述第一开关管S1、第二开关管S2均采用N沟道的MOS管,并且其栅源极均可以接受外部主控芯片的控制信号。

5.根据权利要求3所述的一种高效率高增益准Z源软开关DC‑DC变换器,其特征在于,采用单极性的PWM控制方法来控制第一开关管S1、第二开关管S2达到导通或截至的状态,能有提高开关管的工作效率,减小开关损耗,从而提升整个电路的工作效率。

6.根据权利要求3所述的一种高效率高增益准Z源软开关DC‑DC变换器,其特征在于,所述DC‑DC变换器直通状态时,第一开关管S1导通,第二开关管S2关断,第一二极管D1导通,第二二极管Do被输出电压和第一电容的差值Vo‑VC1反向偏置;第一、二电容C1、C2放电;耦合电感第一绕组的励磁电感电流iLm一直减小到零,然后反向增大为正;耦合电感第二绕组漏感L2k和电容C1一直谐振,电流iin、iLm和谐振电流之和流过第一开关管S1;当谐振电流降为零,第一二极管D1在ZVZCS条件下关断。

7.根据权利要求3所述的一种高效率高增益准Z源软开关DC‑DC变换器,其特征在于,所述DC‑DC变换器截至状态时,第一开关管S1关断,第二开关管S2导通,第二二极管Do在ZVZCS条件下开始导通,第一二极管D1被输出电压和第一电容的差值Vo‑VC1反向偏置,第一电容C1一直充电,输入电压Vg和第三电容C3一起为耦合电感第一绕组的励磁电感、储能电感L1、耦合电感第二绕组L2b和负载侧提供能量,耦合电感第一绕组的励磁电感为第二电容C2充电,励磁电流iLm一直减少直到零,此时,输入电压Vg和第二、三电容C2、C3一起为储能电感L1、耦合电感第二绕组L2b和负载侧提供能量,第二电容C2为耦合电感第一绕组的励磁电感反向充电,励磁电流iLm反向增大。当负向iLm的量值大于iin时,电流开始反向流过第二开关管S2,为了确保缓冲电容CS1、CS2在下一个循环中继续充放电,使第二开关管S2的电流在关断前为正,当第二二极管Do电流变为零,二极管在ZVZCS条件下关闭。

8.根据权利要求3所述的一种高效率高增益准Z源软开关DC‑DC变换器,其特征在于,所述负载侧的输出电压V0的表达式为:

其中,B为变换器的电压增益,D为占空比,n为匝比,Vg为直流电源电压。