一种基于耦合电感的高增益储能降压转换器

技术领域

本发明属于开关电源设计技术领域，设计了一种基于耦合电感的高增益储能降压转换器。借助耦合电感器和开关电容技术，所设计的转换器不需要极端占空比即可实现高电压增益。

技术背景

分布式发电具有安装灵活、供电方便、建设周期短和环保等特点，在集中式发电和大电网基础上，大力发展分布式发电技术，使分布式电源供电与大电网供电相互补充、协调是今后电力发展的必然趋势。然而，由于光照强度和风力资源均随时间发生周期性或非周期性变化，光伏电池板和风力发电设备的输出功率也随之发生变化，因此分布式发电在时间上具有间歇性或不连续性。为使负载端得到连续稳定的供电，目前绝大多数的分布式发电系统中均加入了储能单元。分布式发电系统中的储能单元由电能转换器和储能设备构成，在供电系统中能起到削峰填谷，稳定输出和提高电能质量的作用。储能环节解决了能源生产和消费的不同步性问题，使能源在时间和空间上具有可平移性，实现了能源共享的目标。DC/DC变换器是实现储能系统的能量双向流动的重要部件，因而有必要对其进行研究。

发明内容

为了克服传统Buck变换器实现高降压会出现极端占空比情况的局限性，本发明利用耦合电感来解决这一问题，通过提高匝数比来增加电压增益从而避免出现极端占空比的情况。本发明的耦合电感中没有直流励磁电感电流，能提高耦合电感的铁芯利用率，并且降低耦合电感的铁损，四个开关管都实现了零电压开启，避免了米勒效应的出现，降低了开关损耗。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于耦合电感的高增益储能降压转换器，包括一个耦合电感N、四个开关S

进一步，所述四个开关S

使用耦合电感，用于提高匝数比来增加电压增益从而避免出现极端占空比的情况；输入电压和耦合电感一次侧之间有一个电容，用于进一步增加电压增益；四个开关管实现零电压开关ZVS；耦合电感的漏感能量回收利用；通过在次级绕组上加一个隔离电容，用于使耦合电感的直流励磁电感电流为零，选取体积更小的磁芯，减小磁芯损耗。

采用本发明提供的技术方案，具有以下有益效果：

1、耦合电感的匝数比会影响电压增益，本发明可以通过提高匝数比来增加电压增益从而避免出现极端占空比的情况。

2、本发明的开关管上的电压应力低，可以选用额定电压较小的MOSFET来减少开关损耗。

3、本发明的转换器输入电压和耦合电感一次侧之间有一个电容，它能降低耦合电感的输入电压从而进一步增加电压增益。

4、耦合电感的漏感能量回收利用，增加效率。

5、本发明通过在次级绕组上加一个隔离电容，可以使耦合电感的直流励磁电感电流为零，这样可以选取体积更小的磁芯，减小磁芯损耗，提高功率密度。

附图说明

图1是基本拓扑图。

图2是等效电路图。

图3是一个开关周期内的电路图，图3(a)～图3(i)是9个开关模态的电路图。

图4是本发明的波形图。

具体实施方法

下面结合附图对本发明作进一步说明。

参照图1～图4，一种基于耦合电感的高增益储能降压转换器，包括一个耦合电感N、四个开关S

具体的包括开关S

其中V

参照图3(a)～图3(i)，工作过程分为9个开关模态，分别为开关模态1至开关模态9，具体描述如下：

开关模态1[t

开关模态2[t

开关模态3[t

开关模态4[t

开关模态5[t

开关模态6[t

开关模态7[t

开关模态8[t

开关模态9[t

由上述分析可得增益表达式为：

其中D为功率开关管的导通占空比，n是耦合电感的匝数比。

本说明书的实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，仅作说明用途。本发明的保护范围不应当被视为仅限于本实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域的普通技术人员根据本发明构思所能想到的等同技术手段。