本实用新型涉及高增益变换器领域，具体涉及具有耦合电感的非隔离倍压高增益dc-dc变换器。
背景技术：
近年来，各种新能源被更加广泛的应用到各种重要的工业和生活应用场合，例如分布式能源系统、电动汽车、不间断备用电源以及太阳能发电系统等。但是，一般清洁新能源具有连续性差、电压等级低的缺点，不能够直接被使用；通过储能装置以及高增益dc-dc变换器，高效率的将低等级电压转换为高等级电压，进而满足各种系统的应用需要。
最基本的boost变换器、buck-boost变换器元器件少、结构极其简单，可以满足很多场合的应用需要。但是，在高电压等级场合，需要多级串联使用boost变换器，虽避免了变换器工作在极端占空比，但造成电压转换效率低，且输出二极管的电压应力为输出电压，导通损耗较大。通过结合耦合电感技术至boost变换器，能够使mos管工作在合适的占空比，却带来了相应的其他问题，如漏感能量会造成电压应力尖峰，从而效率降低。为了使得变换器的升压能力更强，交错并联技术、开关电感技术、开关电容技术以及倍压单元技术使用到相应变换器。通过多种升压技术的结合，在高增益条件下变换器能够工作在合适的耦合电感匝比、合适的mos管占空比，对于漏感能量带来的电压尖峰，通过有源缓冲单元缓冲。但有源钳位(有源缓冲)通常需要引入新的mos管，使得控制更加麻烦。
技术实现要素：
本实用新型所要解决的技术问题是现有dc-dc变换器升压能力不足、漏感能量给变换器开关管带来的电压尖峰以及有源缓冲单元带来额外损耗，目的在于提供具有耦合电感的非隔离倍压高增益dc-dc变换器，解决消除电压尖峰、减少额外损耗和提高dc-dc变换器升压能力的问题。
本实用新型通过下述技术方案实现：
具有耦合电感的非隔离倍压高增益dc-dc变换器，包括变换器输入单元、boost单元、变换器输出单元、二极管d2、电感n2、电容c2、电容c3、二极管d3和二极管d4，所述变换器输入单元连接二极管d2的正极，二极管d2的负极连接电感n2的一端和二极管d3的正极，电感n2的另一端连接电容c2的一端，电容c2的另一端连接所述变换器输出单元和二极管d4的负极，二极管d4的正极连接二极管d3的负极和电容c3的一端，二极管d3的正极连接所述boost单元，电容c3的另一端连接所述boost单元和所述变换器输出单元。
本实用新型中，电感n2、电容c2、二极管d3和二极管d4组成倍压单元，电容c3、二极管d3和二极管d4组成无源缓冲单元，所述倍压单元和所述无源缓冲单元共用二极管d3和二极管d4。所述boost单元用于电路高增益升压，所述无源缓冲单元用于降低电压应力、减少电压尖峰和回收耦合电感的漏感能量，所述倍压单元用于提高变换器的增益和降低耦合电感匝比，所述变换器输入单元用于输入电压，所述变换器输出单元用于输出增益后的电压。实现了高电压转换比，同时解决了极端占空比、高电压尖峰问题，而且耦合电感的漏感能量传输利用到了输出端，提高了变换器的工作效率，能够满足许多应用场合需要。
进一步的，所述boost单元为单开关级联boost单元。
进一步的，所述单开关级联boost单元包括电感l1、二极管d1、电容c1、电感n1和mos管s，电感l1的一端连接所述变换器输入单元，电感l1的另一端连接二极管d1的正极和二极管d2的正极，二极管d1的负极连接电容c1的一端和电感n1的一端，电感n1的另一端连接二极管d2的负极、电感n2的一端、二极管d3的正极和mos管s的漏极，mos管s的源极连接所述变换器输出单元、电容c1的另一端、电容c3的另一端和所述变换器输入单元。
进一步的，电感n1与电感n2相耦合形成耦合电感。
进一步的，所述mos管s的源极和漏极之间连接有电容。
进一步的，所述变换器输入单元包括输入电压vin。
进一步的，所述变换器输出单元包括二极管d0、电容c0和电阻r，二极管d0的正极连接电容c2的另一端和二极管d4的负极，二极管d0的负极连接电容c0的一端和电阻r的一端，电容c0的另一端和电阻r的另一端均连接电容c3的另一端和所述boost单元。
本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本实用新型耦合电感的使用使变换器电压增益受更多参数控制，提高了变换器的升压能力，同时使变换器mos管工作在合适的占空比。倍压单元的结合进一步提升了变换器的升压能力。无源缓冲单元的应用使得耦合电感的漏感能量带来的电压尖峰减小，并吸收传输至变换器输出端，进而提高了dc-dc变换器的转换效率。
本实用新型实现了高电压转换比，同时解决了极端占空比、高电压尖峰问题，而且耦合电感的漏感能量传输利用到了输出端，提高了变换器的工作效率，能够满足许多应用场合需要。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：
图1为本实用新型框架结构图；
图2为本实用新型电路结构图；
图3为本实用新型电路的等效电路图；
图4、图5、图6、图7和图8分别为本实用新型在一个开关周期内的5个工作模态。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。
实施例1
本实施例1是一种具有耦合电感的非隔离倍压高增益dc-dc变换器，如图1所示，包括变换器输入单元、单开关级联boost单元、无源缓冲单元、倍压单元和变换器输出单元；单开关级联boost单元用于高增益升压，无源缓冲单元用于降低电压应力、减少电压尖峰和回收耦合电感的漏感能量，倍压单元用于提高变换器的增益和降低耦合电感匝比，变换器输入单元用于输入电压，变换器输出单元用于输出增益后的电压；还包括二极管d2，变换器输入单元连接二极管d2的正极，二极管d2的负极连接倍压单元，单开关级联boost单元分别连接倍压单元和无源缓冲单元，变换器输出单元分别连接倍压单元和无源缓冲单元；倍压单元和无源缓冲单元共用二极管d3和二极管d4；倍压单元包括电感n2、电容c2、二极管d3和二极管d4，电感n2一端连接二极管d2的负极、单开关级联boost单元和二极管d3的正极，电感n2的另一端连接电容c2的一端，电容c2的另一端连接变换器输出单元和二极管d4的负极，二极管d4的正极连接二极管d3的负极，二极管d3的正极连接单开关级联boost单元。单开关级联boost单元包括电感l1、二极管d1、电容c1、电感n1和mos管s，电感l1的一端连接变换器输入单元，电感l1的另一端连接二极管d1的正极和二极管d2的正极，二极管d1的负极连接电容c1的一端和电感n1的一端，电感n1的另一端连接二极管d2的负极、倍压单元、无源缓冲单元和mos管s的漏极，mos管s的源极连接无源缓冲单元、变换器输出单元、c1的另一端和变换器输入单元。电感n1与电感n2相耦合形成耦合电感。mos管s的源极和漏极之间连接有电容。无源缓冲单元包括电容c3、二极管d3和二极管d4，电容c3的一端连接二极管d3的负极和二极管d4的正极，电容c3的另一端连接单开关级联boost单元和变换器输出单元。变换器输入单元包括输入电压vin。变换器输出单元包括二极管d0、电容c0和电阻r，二极管d0的正极连接倍压单元，二极管d0的负极连接电容c0的一端和电阻r的一端，电容c0的另一端和电阻r的另一端均连接无源缓冲单元。
实施例2
本实施例2在实施例1的基础上，提出了一种具有耦合电感的非隔离型倍压高增益dc-dc变换器，该变换器结合了传统boost结构、耦合电感结构、倍压单元以及无源缓冲单元，如图2所示。首先，单开关boost单元结构相对简单，能够满足很多场合需要，但高电压等级条件下不太适合。本实施例2中，变换器通过结合耦合电感单元，调节其匝比不仅使得变换器电压增益提高，而且使变换器的电压调节更加灵活，变换器的电压等级更加宽泛，同时开关管不再工作在极限占空比。同时也带来了高电压尖峰、电压应力过大、耦合电感匝比大的问题，对变换器的性能有一定影响。在此基础上，加入倍压单元来进一步提高变换器的增益，降低耦合电感匝比；电压应力的降低以及电压尖峰的减小则通过无源缓冲结构实现，同时该结构能够回收耦合电感的漏感能量，并传递至输出端，提高整个dc-dc变换器的效率。同时输入端的电感能够降低输入电流纹波，降低输入浪涌电流。
为简化变换器原理分析，假定输入电感以及所有电容足够大，所有二极管为理想状态，变换器工作在ccm模式(电流连续模块)。在一个开关周期可以将其分为5个工作模态，详见图4、图5、图6、图7和图8所示。
本实施例2的变换器拓扑的等效结构如图3所示。本实施例2主要为解决传统dc-dc变换器升压能力不够的问题，以及在加入耦合电感单元后漏感能量给变换器开关管带来的电压尖峰问题，和有源缓冲单元带来额外损耗的问题，提出了一种具有耦合电感的非隔离型倍压高增益dc-dc变换器。该变换器主要由一个单开关级联boost单元、一个倍压单元、一个无源缓冲单元组成。不仅实现了高电压转换比，同时解决了极端占空比、高电压尖峰问题，而且耦合电感的漏感能量传输利用到了输出端，提高了变换器的工作效率，能够满足许多应用场合需要。
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
1.具有耦合电感的非隔离倍压高增益dc-dc变换器，其特征在于，包括变换器输入单元、boost单元、变换器输出单元、二极管d2、电感n2、电容c2、电容c3、二极管d3和二极管d4，所述变换器输入单元连接二极管d2的正极，二极管d2的负极连接电感n2的一端和二极管d3的正极，电感n2的另一端连接电容c2的一端，电容c2的另一端连接所述变换器输出单元和二极管d4的负极，二极管d4的正极连接二极管d3的负极和电容c3的一端，二极管d3的正极连接所述boost单元，电容c3的另一端连接所述boost单元和所述变换器输出单元。
2.根据权利要求1所述具有耦合电感的非隔离倍压高增益dc-dc变换器，其特征在于，所述boost单元为单开关级联boost单元。
3.根据权利要求2所述具有耦合电感的非隔离倍压高增益dc-dc变换器，其特征在于，所述单开关级联boost单元包括电感l1、二极管d1、电容c1、电感n1和mos管s，电感l1的一端连接所述变换器输入单元，电感l1的另一端连接二极管d1的正极和二极管d2的正极，二极管d1的负极连接电容c1的一端和电感n1的一端，电感n1的另一端连接二极管d2的负极、电感n2的一端、二极管d3的正极和mos管s的漏极，mos管s的源极连接所述变换器输出单元、电容c1的另一端、电容c3的另一端和所述变换器输入单元。
4.根据权利要求3所述具有耦合电感的非隔离倍压高增益dc-dc变换器，其特征在于，电感n1与电感n2相耦合形成耦合电感。
5.根据权利要求3所述具有耦合电感的非隔离倍压高增益dc-dc变换器，其特征在于，所述mos管s的源极和漏极之间连接有电容。
6.根据权利要求1所述具有耦合电感的非隔离倍压高增益dc-dc变换器，其特征在于，所述变换器输入单元包括输入电压vin。
7.根据权利要求1所述具有耦合电感的非隔离倍压高增益dc-dc变换器，其特征在于，所述变换器输出单元包括二极管d0、电容c0和电阻r，二极管d0的正极连接电容c2的另一端和二极管d4的负极，二极管d0的负极连接电容c0的一端和电阻r的一端，电容c0的另一端和电阻r的另一端均连接电容c3的另一端和所述boost单元。
技术总结