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专利号: 2020112725750
申请人: 燕山大学
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:2024-04-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于有源网络的高增益直流变换器拓扑结构,其特征在于,包括:输入电源Ui、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、第一功率开关管S1、第二功率开关管S2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电容单元、第二电容单元、第三电容单元、输出二极管Do、输出滤波电容Co和负载电阻R;其中,输入电源Ui的正极与第一电感L1的第一端、第二功率开关管S2的漏极连接;第一电感L1的第二端分别与第一功率开关管S1的漏极、第一二极管D1的阳极、第一电容单元的第一端连接;第二功率开关管S2的源极分别与第二电感L2的第一端、负载电阻R的第二端、第二电容单元的第二端连接;第二电感L2的第二端分别与输入电源Ui的负极、第一功率开关管S1的源极连接;第一二极管D1的阴极分别与第三电感L3的第一端、第二电容单元的第一端连接;第三电感L3的第二端分别与第二二极管D2的阳极、第一电容单元的第二端连接;第二二极管D2的阴极分别与第四电感L4的第一端、第三电容单元的第一端连接;第四电感L4的第二端分别与输出二极管Do的阳极、第一电容单元的第三端连接;输出二极管Do的阴极分别与输出电容Co的第一端、负载电阻R的第一端连接;输出电容Co的第二端与第三电容单元的第三端连接;第三电容单元的第二端与第二电容单元的第三端连接。

2.根据权利要求1所述一种基于有源网络的高增益直流变换器拓扑结构,其特征在于:

所述第一电容单元包括支路a、支路b、支路c、第一电容C1及第二电容C2,电容连接方式为:方式1:支路a为第一电容C1、支路b为第二电容C2、支路c短接;具体为第一电容C1的第一端作为所述第一电容单元的第一端,第一电容C1的第二端与第二电容C2的第一端连接并作为所述第一电容单元的第三端,第二电容C2的第二端作为所述第一电容单元的第二端;方式2:支路a为第一电容C1、支路b短接、支路c为第二电容C2;具体为第一电容C1的第一端作为所述第一电容单元的第一端,第一电容C1的第二端与第二电容C2的第一端连接并作为所述第一电容单元的第二端,第二电容C2的第二端作为所述第一电容单元的第三端;方式3:支路a短接、支路b为第一电容C1、支路c为第二电容C2;具体为第一电容C1的第一端与第二电容C2的第一端连接并作为所述第一电容单元的第一端,第一电容C1的第二端作为所述第一电容单元的第二端,第二电容C2的第二端作为所述第一电容单元的第三端;其中的任一种。

3.根据权利要求1所述一种基于有源网络的高增益直流变换器拓扑结构,其特征在于:

所述第二电容单元包括支路d、支路e、第三电容C3,电容连接方式为:方式1:支路d为第三电容C3、支路e短接;具体为第三电容C3的第一端作为所述第二电容单元的第一端,第三电容C3的第二端作为所述第二电容单元的第二端和第三端;方式2:支路d短接、支路e为第三电容C3;具体为第三电容C3的第一端作为所述第二电容单元的第二端,第三电容C3的第二端作为所述第二电容单元的第一端和第三端;其中的任一种。

4.根据权利要求1所述一种基于有源网络的高增益直流变换器拓扑结构,其特征在于:

所述第三电容单元包括支路f、支路g、第四电容C4,电容连接方式为:方式1:支路f为第四电容C4、支路g短接;具体为第四电容C4的第一端作为所述第三电容单元的第一端,第四电容C4的第二端作为所述第三电容单元的第二端和第三端;方式2:支路f短接、支路g为第四电容C4;具体为第四电容C4的第一端作为所述第三电容单元的第二端,第四电容C4的第二端作为所述第三电容单元的第一端和第三端;其中的任一种。

5.根据权利要求1所述一种基于有源网络的高增益直流变换器拓扑结构,其特征在于:

所述第一电容单元采用方式二进行连接:支路a为第一电容C1、支路b短接、支路c为第二电容C2。

6.根据权利要求1所述一种基于有源网络的高增益直流变换器拓扑结构,其特征在于:

所述的第二电容单元采用方式二进行连接:支路d短接、支路e为第三电容C3。

7.根据权利要求1所述一种基于有源网络的高增益直流变换器拓扑结构,其特征在于:

所述的第三电容单元采用方式二进行连接:支路f短接、支路g为第四电容C4。

8.根据权利要求1所述一种基于有源网络的高增益直流变换器拓扑结构,其特征在于:

所述第一功率开关管S1和第二功率开关管S2的驱动信号相同,占空比均为D,在一个开关周期内包含如下工作模态:

第一工作模态:开关管S1、S2导通,第一二极管D1、第二二极管D2和输出二极管Do承受反向电压截止;输入电源Ui分别通过开关管S1、S2给第一电感L1和第二电感L2充电,电感电流iL1、iL2线性上升;输入电源Ui和第三电容C3给第三电感L3和第一电容C1充电,电感电流iL3上升;输入电源Ui和第四电容C4给第四电感L4和第二电容C2充电,电感电流iL4上升;第三电容C3、第四电容C4和输出电容Co给负载电阻R供电;满足以下关系式:其中,Ui为输入电压;Uo为输出电压;vL1、vL2、vL3、vL4为电感L1、L2、L3、L4端电压;VC1、VC2、VC3、VC4、VCo为电容C1、C2、C3、C4、Co端电压;

第二工作模态:开关管S1、S2关断,第一二极管D1承受正向电压导通,输入电源Ui、第一电感L1和第二电感L2通过D1给第三电容C3充电;第二二极管D2承受正向电压导通,第三电感L3通过D2给第四电容C4充电;输出二极管Do承受正向电压导通,第四电感L4通过Do给输出电容Co充电,同时输入电源Ui、第一电感L1、第二电感L2和第一电容C1及第二电容C2通过Do给负载电阻R供电;满足以下关系式:其中,Ui为输入电压;vL1、vL2、vL3、vL4为电感L1、L2、L3、L4端电压;VC1、VC2、VC3、VC4、VCo为电容C1、C2、C3、C4、Co端电压;

由于电感电压在一个开关周期内平均值为0,因此可得到如下公式:

其中,Ui为输入电压;Uo为输出电压;D为第一功率开关管S1和第二功率开关管S2的占空比;VC1、VC2、VC3、VC4、VCo为电容C1、C2、C3、C4、Co端电压。

9.根据权利要求1所述一种基于有源网络的高增益直流变换器拓扑结构,其特征在于:

所述第一功率开关管S1和所述第二功率开关管S2的驱动信号相同,占空比均为D,并实现高增益电压输出:

其中,Ui为输入电压;Uo为输出电压;D为第一功率开关管S1和第二功率开关管S2的占空比。