一种高增益高电能质量变换器的制作方法

本技术涉及电力，尤其涉及一种高增益高电能质量变换器。

背景技术：

1、为了减少环境污染和全球能源短缺问题，太阳能、风能、波浪能等新能源得到迅速发展，同时，新能源并网受到电力工业的广泛关注。通常情况下，新能源发电装置的电压水平较低，输出电压的波动性较大，严重影响了电力系统的电能质量，难以直接并入电网。直流变换器作为新能源并网技术的关键部分，能够提高新能源发电装置的电压水平，并在一定程度上改善电能质量。因此，研究设计具有高增益高电能质量的变换器是很有价值的。

2、传统boost升压变换器通过调节占空比，理论上能够实现高电压输出。然而，在极高占空比条件下，由于其功率开关管的电压应力近似等于输出电压，因此，在高电压输出情况下，开关管需要承受极高的电压，甚至可能导致器件击穿。同时，在极高占空比条件下，二极管反向恢复问题严重，造成变换器的损耗较大，效率较低。此外，由于电路寄生参数的影响，传统boost变换器的电压增益仍然有限。因此，传统boost变换器不适用于高电压场合。此外，在输入电压或负载发生变化时，变换器的输出电压会存在较大的波动，严重影响输出电能质量。

技术实现思路

1、本技术提供了一种高增益高电能质量变换器，能够改变电压增益，实现高电压输出，使电路具有较高的灵活性；同时，在输入电压或负载发生变化时，通过控制实时调节变换器的占空比，稳定输出电压，有效提高输出电压的电能质量。

2、有鉴于此，本技术提供了一种高增益高电能质量变换器，包括：输入直流电源vin、开关管s、耦合电感、若干个二极管和电容、直流负载r；

3、其中：

4、输入直流电源vin的正极与耦合电感漏感lk的第一端连接；

5、耦合电感漏感lk的第二端与耦合电感初级绕组t1的第一端、耦合电感励磁电感lm的第一端连接；

6、耦合电感初级绕组t1的第二端与耦合电感励磁电感lm的第二端、电容c1的第二端、电容c2的第二端、二极管d1的阳极、开关管s的第一端连接；

7、电容c1的第一端与二极管d2的阴极、二极管d3的阳极连接；

8、电容c2的第一端与二极管d4的阴极、二极管d5的阳极、电容c5的第二端连接；

9、二极管d1的阴极与二极管d2的阳极、电容c3的第二端、电容c4的第一端连接；

10、二极管d3的阴极与电容c3的第一端、二极管d4的阳极连接；

11、二极管d5的阴极与耦合电感次级绕组t2的第二端、电容c6的第二端连接；

12、电容c5的第一端与二极管d6的阳极、耦合电感次级绕组t2的第一端连接；

13、电容c6的第一端与二极管d6的阴极、二极管d7的阳极连接；

14、二极管d7的阴极与电容c7的第一端、直流负载r的第一端连接；

15、输入直流电源vin的负极与开关管s的第二端、电容c4的第二端、电容c7的第二端、直流负载r的第二端连接。

16、可选地，还包括：控制电路；

17、所述控制电路采用pi控制，用于对所述高增益高电能质量变换器的输出电压的采样，以及调节开关管s的占空比，其中，所述输出电压为直流负载r的电压。

18、可选地，当所述高增益高电能质量变换器工作在连续导通模式时，包括：在时间段t0-t1区间的第一工作模态、在时间段t1-t2区间的第二工作模态、在时间段t2-t3区间的第三工作模态、在时间段t3-t4区间的第四工作模态。

19、可选地，所述第一工作模态，具体包括：

20、开关管s、二极管d2、二极管d4、二极管d5、二极管d6正向导通，二极管d1、二极管d3、二极管d7反向截止；输入直流电源vin向耦合电感励磁电感lm和耦合电感漏感lk提供能量，励磁电感电流ilk和漏感电流ilk增加；电容c4通过二极管d2向电容c1提供能量；电容c3和电容c4通过二极管d4和开关管s向电容c2提供能量；电容c5和电容c6充电；电容c7向直流负载r提供能量。

21、可选地，所述第二工作模态，具体包括：

22、开关管s、二极管d5、二极管d6正向导通，二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、二极管d7反向截止；输入直流电源vin继续向耦合电感励磁电感lm和耦合电感漏感lk提供能量，励磁电感电流ilm和漏感电流ilk增加，在此第二工作模态结束前，到达电流最大值；电容c1和电容c2处于充满电状态，其电压分别为；v c4=vc4、v c2=vc3+ vc4；电容c5和电容c6继续充电；电容c7向直流负载r提供能量；当开关管s为关断状态时，第二工作模态结束。

23、可选地，所述第三工作模态，具体包括：

24、开关管s、二极管d2、二极管d4、二极管d5、二极管d6处于关断状态，二极管d1、二极管d3、二极管d7正向导通；输入直流电源vin、耦合电感励磁电感lm和耦合电感漏感lk通过二极管d1向电容c4提供能量；输入直流电源vin、耦合电感励磁电感lm、耦合电感漏感lk和电容c1通过二极管d3向电容c3提供能量；励磁电感电流ilm和漏感电流ilk减小；输入直流电源vin、耦合电感励磁电感lm、耦合电感漏感lk、电容c2、电容c5和电容c6通过二极管d7向电容c7和直流负载r提供能量。

25、可选地，所述第四工作模态，具体包括：

26、开关管s、二极管d2、二极管d3、二极管d4、二极管d5、二极管d6处于关断状态，二极管d1、二极管d7正向导通；输入直流电源vin、耦合电感励磁电感lm和耦合电感漏感lk通过二极管d1继续向电容c4提供能量；电容c1和电容c3处于充满电状态；输入直流电源vin、耦合电感励磁电感lm、耦合电感漏感lk、电容c2、电容c5和电容c6通过二极管d7向电容c7和直流负载r提供能量。

27、可选地，当所述高增益高电能质量变换器工作在稳定状态时，通过伏秒平衡计算各电容的电压应力，其中，耦合电感的次级绕组t2与初级绕组t1的匝比为n。

28、可选地，所述各电容的电压应力的表达式为：

29、；

30、式中，n为耦合电感的次级绕组t2与初级绕组t1的匝比。

31、可选地，所述高增益高电能质量变换器的

32、电压增益m表达式为：

33、；

34、式中，m为电压增益。

35、从以上技术方案可以看出，本技术具有以下优点：

36、本技术提供了一种高增益高电能质量变换器，采用电压倍增单元、开关电容、耦合电感与传统升压变换器相结合，可以根据工况的不同灵活调整变换器的占空比和耦合电感的匝数比，改变电压增益，实现高电压输出，使电路具有较高的灵活性，能够有效避免变换器工作在极端占空比条件下引起转换效率低等问题。同时，在输入电压或负载发生变化时，通过控制实时调节变换器的占空比，稳定输出电压，有效提高输出电压的电能质量。

37、与现有技术相比：

38、1、高电压增益：可以根据工况的不同灵活调整变换器的占空比和耦合电感的匝数比，提高电压增益，实现高电压输出。

39、2、高可靠性：在输入电压变化和负载变化等复杂工况下，实现快速响应，稳定输出电压，提高输出电压的电能质量。