一种非隔离高增益双向DC-DC变换器

本发明属于可再生能源发电，具体涉及一种非隔离高增益双向dc-dc变换器。

背景技术：

1、电力电子转换器在动力传动系统中得到应用，以调节从电池到推进电机的功率流，并促进反向再生制动。为了提高效率和功率密度，传动系统电机和推进逆变器被设计成在更高的电压下工作。为了将电池电压提高到所需的水平，需要使用升压变换器。它还通过将电池电压与逆变器直流链路电压分离来提高传动系统的整体性能。dc-dc变换器必须是双向的，因为正向模式将面临瞬态和过载条件，在此期间，功率从电池转移到负载，而在反向模式期间，电池组要充电。

2、为了获得高转换率，非隔离双向dc-dc采用许多电路原理，包括sepic/cuk/zeta，电压倍增器，开关电容器和链接电感。由于其级联结构，sepic/cuk/zeta转换器具有低效率和较高的电压应力。双向dc-dc可以使用电压倍增器电池来设计，会受到开关间高电压的限制。双向dc-dc采用性能更好、结构更简单、控制复杂度更低的开关电容器。然而对于高增益应用，电路变得越来越复杂，并且随着开关和电容器数量的增加，容易受到损耗的影响。因此，亟需要提出一种能解决上述问题的dc-dc变换器。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种非隔离高增益双向dc-dc变换器，改进了现有技术中电路复杂、损耗大、成本高的缺点，所提出的高增益双向转换器(hgbdc)仅使用四个有源功率开关，使其结构简单；通过选择合适的占空比和设计合适的电感和电容值来实现高电压增益；在较低占空比下运行变换器，减少了电感的铁芯饱和问题。此外，输入电流在电感之间分配，减少了它们的尺寸，并且不需要额外的箝位电路来给负载提供能量。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种新型的非隔离高增益双向dc-dc变换器，包括输入电压源vl，电容器ch、负载r，第一电感l1，第二电感l2，第一二极管d1、第一功率开关管s1、第二功率开关管s2、第三功率开关管s3、第四功率开关管s4。

4、输入电压源vl的第一端和第一电感l1的第一端与第一功率开关管s1的漏极连接，第一电感l1的第二端和第二功率开关管s2漏极与第四功率开关管s4的源极连接，输入电压源vl的第二端和第一功率开关管s1的源极与第二电感l2的第二端连接，第二功率开关管s2的源极和第二电感l2的第一端与第三功率开关管s3的源极连接，第四功率开关管s4的源极和第一二极管d1的第一端连接，第四功率开关管s4的漏极和电容器ch的第一端与负载r的第一端连接，第一二极管d1的第二端和第三功率开关管s3的漏极连接，第三功率开关管s3的源极和电容器ch的第二端与负载r的第二端连接。

5、所述的第一功率开关管s1、第二功率开关管s2、第三功率开关管s3、第四功率开关管s4的开关频率为50hz的mos开关管。

6、所述的输入电压源vl为48v。

7、所述电容器ch其容量均为300uf。

8、所述第一电感l1、第二电感l2，其电感值都为200uh。

9、本发明的有益效果是：

10、与现有技术相比，本发明的非隔离高增益双向dc-dc变换器。所提出的变换器在电路设计中使用较少的元件，可以在两个占空比的帮助下提供高电压增益。所提出的拓扑结构利用了双电流路径电感结构，减小了它们的尺寸，并且不需要额外的箝位电路来为负载供电。在不使用电压倍增器单元或混合开关电容器方法的情况下，所提出的转换器可以实现显着的电压增益。

11、本发明仅使用四个有源功率开关，使其结构简单。通过选择合适的占空比和设计合适的电感和电容值来实现高电压增益。在较低占空比下运行变换器，减少了电感的铁芯饱和问题。此外，输入电流在电感之间分配，减少了变换器的尺寸，并且不需要额外的箝位电路来给负载提供能量。

技术特征：

1.一种非隔离高增益双向dc-dc变换器，其特征在于，包括有输入电压源vl，电容器ch，负载r，第一电感l1，第二电感l2，第一二极管d1、第一功率开关管s1、第二功率开关管s2、第三功率开关管s3和第四功率开关管s4；其特征在于，输入电压源vl的第一端与第一电感l1的第一端、第一功率开关管s1的漏极相连；第一电感l1的第二端与第二功率开关管s2漏极、第四功率开关管s4的源极相连；输入电压源vl的第二端与第一功率开关管s1的源极、第二电感l2的第二端相连；第二功率开关管s2的源极与第二电感l2的第一端、第三功率开关管s3的源极相连；第四功率开关管s4的源极与第一二极管d1的第一端相连；第四功率开关管s4的漏极与电容器ch的第一端、负载r的第一端相连；第一二极管d1的第二端与第三功率开关管s3的漏极相连；第三功率开关管s3的源极与电容器ch的第二端、负载r的第二端相连。

2.根据权利要求1所述的一种非隔离高增益双向dc-dc变换器，其特征在于，所述的第一功率开关管s1、第二功率开关管s2、第三功率开关管s3、第四功率开关管s4的开关频率均为50hz的mos开关管。

3.根据权利要求1所述的一种非隔离高增益双向dc-dc变换器，其特征在于，所述的输入电压源vl为48v。

4.根据权利要求1所述的一种非隔离高增益双向dc-dc变换器，其特征在于，所述电容器ch其容量为300uf。

5.根据权利要求1所述的一种非隔离高增益双向dc-dc变换器，其特征在于，所述的第一电感l1、第二电感l2，其电感值均为200uh。

技术总结一种非隔离高增益双向DC‑DC变换器，包括有输入电压源V<subgt;L</subgt;，输入电压源V<subgt;L</subgt;的第一端与第一电感L1的第一端、第一功率开关管S<subgt;1</subgt;的漏极相连；第一电感L1的第二端与第二功率开关管S<subgt;2</subgt;漏极、第四功率开关管S<subgt;4</subgt;的源极相连；输入电压源V<subgt;L</subgt;的第二端与第一功率开关管S<subgt;1</subgt;的源极、第二电感L2的第二端相连；第二功率开关管S<subgt;2</subgt;的源极与第二电感L2的第一端、第三功率开关管S<subgt;3</subgt;的源极相连；第四功率开关管S<subgt;4</subgt;的源极与第一二极管D<subgt;1</subgt;的第一端相连；第四功率开关管S<subgt;4</subgt;的漏极与电容器C<subgt;H</subgt;的第一端、负载R的第一端相连；第一二极管D<subgt;1</subgt;的第二端与第三功率开关管S<subgt;3</subgt;的漏极相连；第三功率开关管S<subgt;3</subgt;的源极与电容器C<subgt;H</subgt;的第二端、负载R的第二端相连；可分别通过工作模式1和工作模式2,实现能量从高压侧转移到变流器的低压侧，具有结构简单，提供高电压增益；尺寸小的特点。技术研发人员：吕申一,刘佳琪,钱程,卫煜坤,王素娥受保护的技术使用者：陕西科技大学技术研发日：技术公布日：2024/8/5