一种开关前置改进增强型准Δ源耦合电感直流升压变换器及控制方法

本发明涉及电力电子变换器，具体为一种开关前置改进增强型准δ源耦合电感直流升压变换器及控制方法。

背景技术：

1、升压变换器是分布式电源系统前级变换的核心装置，核心功能是抬升输入电压，为后级电路提供适配电压，是连接分布式电源与后级环节的关键。boost电路作为传统升压变换器的经典拓扑，凭借结构简单、控制便捷的优势，在中低增益场景广泛应用。理想工况下，其电压增益随占空比增大单调提升，理论上可通过增大占空比实现高电压抬升。

2、但实际应用中，电路存在电感导线电阻、电容等效串联电阻等寄生等效串联阻抗，成为制约其性能的核心瓶颈。这些寄生阻抗会产生电压损耗，占空比较小时影响微弱，占空比增大后，损耗占比上升，导致实际电压增益提升放缓甚至饱和，不再与占空比正相关。受此限制，boost电路升压能力不足，难以满足高增益直流功率变换的应用需求。

3、此外，boost电路的开关管电压应力与输出电压相等，这一特性导致低导通电阻功率开关器件无法适配，不仅增加系统硬件成本，还会提升功率损耗，降低整个分布式电源系统的能量转换效率。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提出了一种开关前置改进增强型准δ源耦合电感直流升压变换器。

2、本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

3、一种开关前置改进增强型准δ源耦合电感直流升压变换器，包括直流电压源

vin、二极管

d1、二极管

d2、二极管

d

3、电感

l1、电容

c1、输出稳压电容

c2、负载电阻

r、功率开关器件

s0以及耦合电感；所述耦合电感包括三个绕组，分别为绕组

n1、绕组

n2和绕组

n

3；所述直流电压源

vin的正极与二极管

d1的正极、与电容

c1的阴极相连；所述电容

c1的正极与二极管

d2的正极、与耦合电感绕组

n1的正极、与耦合电感绕组

n2的正极相连；所述二极管

d1的阴极与耦合电感绕组

n2的阴极、与耦合电感绕组

n3的正极相连；所述二极管

d2的阴极与电容

c2的正极、与二极管

d3的正极相连；所述电容

c2的阴极与耦合电感绕组

n1的阴极、与耦合电感绕组

n3的阴极、与功率开关器件

s0的漏极相连；所述二极管

d3的阴极与输出稳压电容

c3的正极以及负载电阻

r的一端相连；所述直流电压源

vin的阴极与功率开关器件

s0的源极、与输出稳压电容

c2的阴极以及负载电阻

r的另一端相连。

4、优选地，所述耦合电感的绕组

n1、绕组

n2和绕组

n3采用共磁芯结构，且绕组

n1与绕组

n2的匝数比为1:1-1:5，绕组

n1与绕组

n3的匝数比为1:2-1:8。

5、优选地，所述功率开关器件

s0为mosfet、igbt或gan功率器件中的任意一种，且功率开关器件

s0的导通电阻不大于50mω。

6、优选地，所述二极管

d1、二极管

d2、二极管

d3均为快恢复二极管或肖特基二极管，其反向耐压值不低于输出电压的1.2倍，正向导通电流不低于负载最大工作电流的1.5倍。

7、优选地，所述电容

c1为电解电容或薄膜电容，其容量为10μf-100μf，耐压值不低于直流电压源

vin额定电压的2倍；所述输出稳压电容

c2、

c3均为电解电容与陶瓷电容的组合，总容量为100μf-1000μf。

8、优选地，所述电感

l1为空心电感或带磁芯电感，其电感值为10μh-100μh，直流电阻不大于10mω，用于抑制电路中的电流纹波。

9、优选地，所述耦合电感的绕组

n1、绕组

n2和绕组

n3的绕向一致，且绕组之间的耦合系数为0.7-0.95，以提升能量传递效率。

10、优选地，还包括驱动电路，所述驱动电路与功率开关器件

s0的栅极相连，用于输出pwm驱动信号，控制功率开关器件

s0的导通与关断，pwm信号的占空比调节范围为0.1-0.8。

11、优选地，所述直流电压源

vin为分布式电源，包括光伏组件、燃料电池或储能电池组，其输出电压范围为12v-60v。

12、优选地，所述负载电阻

r为可变负载或固定负载，其工作功率范围为100w-1000w，且负载电阻

r两端的电压波动不超过±2%

13、一种开关前置改进增强型准δ源耦合电感直流升压变换器的控制方法，应用于所述的一种开关前置改进增强型准δ源耦合电感直流升压变换器，所述开关前置改进增强型准δ源耦合电感直流升压变换器的控制方法，包括两种开关模态的控制方法，依次为第一种开关模态和第二种开关模态，具体详细描述如下：

14、s1、第一种开关模态：将功率开关管

s0导通，直流电压源

vin通过开关器件

s0和二极管

d1给耦合电感绕组

n3充电，由于磁感应原理，耦合电感绕组

n2通过二极管

d1给电容

c1充电，耦合电感绕组

n1通过二极管

d2给电容

c2充电；与此同时，输出二极管

d3反向偏置，输出稳压电容

c3给负载电阻

r独立供电，第一种开关模态结束。

15、s2、第二种开关模态：将功率开关管

s0关断，二极管

d1和

d2反向偏置，直流电压源

vin、电容

c1、耦合电感绕组

n1、电容

c2通过输出二极管

d3给负载

r和输出电容

c3供电，当耦合电感绕组电流

i

n1降到最低时，此模态结束。

16、本发明的有益效果如下：

17、1.本发明理想工况下，电压增益随占空比增大呈单调提升趋势，理论上可通过合理调整占空比，实现输入电压的高效抬升，满足不同场景的基础升压需求。

18、2.本发明作为分布式电源系统前级核心装置，可有效抬升输入电压，为后级电路提供稳定适配的工作电压，承担起连接分布式电源与后级变换、配电环节的关键桥梁作用。

19、3、本发明拓扑结构简洁、控制逻辑便捷，无需复杂器件配置，在中低增益升压场景中具备显著应用优势，适配范围广泛且实用性强。

20、4.本发明核心功能明确，专注于电压抬升与功率变换，可稳定满足中低增益场景下的直流功率变换需求，为分布式电源系统的基础能量转换提供可靠保障。