基于电容箝位的三相交错并联超高增益升压变换器

摘要

本发明公开了一种基于电容箝位的三相交错并联超高增益升压变换器，包括：负载；正向电容箝位电路，包括第一电容、第二电容、第一二极管和第二二极管；反向电容箝位电路，包括第三电容、第四电容、第三二极管和第四二极管；三相交错并联Boost结构，包括第一电感、第二电感、第三电感，第一开关管、第二开关管、第三开关管和输入源。三相交错并联Boost结构通过第一节点和第二节点与正向电容箝位电路相连，通过第二节点和第三节点与反向电容箝位电路相连，负载通过第六节点和第七节点与正向电容箝位电路和反向电容箝位电路相连。该变换器具有超高的电压增益、超低输入电流纹波，低电压应力的特点，适用于燃料电池、光伏电池并网发电领域。

权利要求

1.一种基于电容箝位的三相交错并联超高增益升压变换器，其特征在于，包括：

正向电容箝位电路，所述正向电容箝位电路包括第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1和第二二极管D2，其中，所述第一电容C1的一端与第一节点相连，所述第一二极管D1的阳极和所述第二电容C2的一端相连于第二节点，所述第二二极管D2的阴极和所述第二电容C2的另一端相连于第六节点，所述第一电容C1的另一端、所述第一二极管D1的阴极和所述第二二极管D2的阳极均与第四节点相连；

反向电容箝位电路，所述反向电容箝位电路包括第三电容C3、第四电容C4、第三二极管D3和第四二极管D4，其中，所述第三电容C3的一端与第三节点相连，所述第三二极管D3的阴极和所述第四电容C4的一端相连于第二节点，所述第四电容C4的另一端和所述第四二极管D4的阳极相连于第七节点，所述第三电容C3的另一端、所述第三二极管D3的阳极和所述第四二极管D4的阴极与第五节点相连；

三相交错并联Boost结构，所述三相交错并联Boost结构包括第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3和输入源Vin，其中，所述第一电感L1的一端、第二电感L2的一端和第三电感L3的一端与所述输入源Vin的正极相连，所述第一电感L1的另一端与第三节点相连，所述第二电感L2的另一端与第二节点相连，所述第三电感L3的另一端与第一节点相连，所述第一开关管S1的源极或发射极、第二开关管S2的源极或发射极和第三开关管S3的源极或发射极与所述输入源Vin的负极相连，所述第一开关管S1的漏极或集电极与第三节点相连，所述第二开关管S2的漏极或集电极与第二节点相连，所述第三开关管S3的漏极或集电极与第一节点相连；

负载RL，所述负载RL通过第六节点和第七节点分别与所述反向电容箝位电路和所述正向电容箝位电路相连。

2.根据权利要求1所述的基于电容箝位的三相交错并联超高增益升压变换器，其特征在于，其中，

所述高增益变换器由所述三相交错Boost结构、所述正向电容箝位电路和所述反向电容箝位电路构成，其中，在构成方式上，所述三相交错Boost结构为所述高增益变换器的输入端，所述正向电容箝位电路和所述反向电容箝位电路为所述高增益变换器的输出端。

3.根据权利要求1所述的基于电容箝位的三相交错并联超高增益升压变换器，其特征在于，其中，

当所述第一开关管S1、所述的第二开关管S2和所述第三开关管S3交替动作时，在第一节点到第二节点之间产生三电平(Vin/(1-D)、0、-Vin/(1-D))，在第二节点到第三节点之间产生三电平(Vin/(1-D)、0、-Vin/(1-D))，其中，D为所述第一开关管S1、所述第二开关管S2和所述第三开关管S3的占空比；

当所述三相交错Boost结构在所述第一节点和所述第二节点之间产生所述三电平(Vin/(1-D)、0、-Vin/(1-D))的方波电压时，所述正向电容箝位电路中所述第二电容C2会获得上正下负2Vin/(1-D)的电压；

当所述三相交错Boost结构在所述第二节点和所述第三节点之间产生所述三电平(Vin/(1-D)、0、-Vin/(1-D))的方波电压时，所述反向电容箝位电路中所述第四电容C4会获得上正下负2Vin/(1-D)的电压。

4.根据权利要求1所述的基于电容箝位的三相交错并联超高增益升压变换器，其特征在于，所述超高增益升压变换器的增益表达式如下：其中，M3P-ICCB为所述超高增益升压变换器的电压增益，Vout为所述负载RL两端的电压，Vin为所述输入源的电压，D为所述第一开关管S1、所述第二开关管S2和所述第三开关管S3的占空比。

5.根据权利要求1所述的基于电容箝位的三相交错并联超高增益升压变换器，其特征在于，在所述电感电流连续模式下，所述超高增益升压变换器在一个开关周期内包括第一工作模态、第二工作模态、第三工作模态、第四工作模态、第五工作模态和第六工作模态。

6.根据权利要求5所述的基于电容箝位的三相交错并联超高增益升压变换器，其特征在于，所述第一工作模态、所述第三工作模态和所述第五工作模态特征相同，包括：所述第一开关管S1、所述第二开关管S2和所述第三开关管和S3均导通，所述第一电感L1、所述第二电感L2和所述第三电感和L3均恒压充磁，所述第二电容C2和所述第四电容C4为所述负载RL供电。

7.根据权利要求5所述的基于电容箝位的三相交错并联超高增益升压变换器，其特征在于，所述第二工作模态包括：

所述第一开关管S1和所述第三开关管S3导通，所述第一电感L1和所述第三电感L3恒压充磁，所述第二开关管S2关断，所述输入源Vin和所述第二电感L2向所述第一电容C1充电，所述输入源Vin、所述第二电感L2和所述第三电容C3串联为所述第四电容C4充电，所述第二电容C2和所述第四电容C4为所述负载RL供电。

8.根据权利要求5所述的基于电容箝位的三相交错并联超高增益升压变换器，其特征在于，所述第四工作模态包括：

所述第一开关管S1和所述第二开关管S2导通，所述第一电感L1和所述第二电感L2恒压充磁，所述第三开关管S3关断，所述输入源Vin、所述第三电感L3和所述第一电容C1串联为所述第二电容C2充电，所述第二电容C2和所述第四电容C4为所述负载RL供电。

9.根据权利要求5所述的基于电容箝位的三相交错并联超高增益升压变换器，其特征在于，所述第六工作模态包括：

所述第二开关管S2和所述第三开关管S3导通，所述第二电感L2和所述第三电感L3恒压充磁，所述第一开关管S1关断，所述输入源Vin和所述第一电感L1向所述第三电容C3充电，所述第二电容C2和所述第四电容C4为所述负载RL供电。

说明书

基于电容箝位的三相交错并联超高增益升压变换器

技术领域

[0001] 本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种基于电容箝位的三相交错并联超高增益升压变换器。

背景技术

[0002] 由于环境污染的日益加剧，石油资源的枯竭，清洁无污染的可再生能源发电技术备受青睐，如燃料电池和光伏电池等。然而燃料电池和光伏电池发电技术存在两个问题，其
一便是燃料电池和光伏电池的输出电压比较低，一般只有20～50V，而并网逆变器的直流母
线电压为400V/750V，需要高增益变换器将20～50V转化成400V/750V的直流电压；其二便是
燃料电池和光伏电池对电流纹波较为敏感，较大的电流纹波会使燃料电池和光伏电池的寿
命降低，因此高增益变换器的输入电流纹波要低。同时，随着工业应用对变换器的性能、成
本、功率密度提出越来越高的要求，因此适合中小功率场合的，具有高性能特征、高电压增
益、低器件成本、低输入电流纹波以及高转化效率的升压变换器是需要不断突破与更新的
关键技术。

[0003] 针对存在的问题1，主要有两种方法来解决。其一便是通过将电池串联来提高电池侧的输出电压，但是该种方法会导致光伏电池的最大功率搜索比较困难，影响设备的可靠
性和电能转换效率。其二便是通过高增益变换器来解决，目前已有一些相关的高增益变换
器，如耦合电感型高增益变换器、开关电容型高增益变换器、开关电感型高增益变换器和基
于倍压单元的高增益变换器。对于开关电容型高增益变换器来说，其能实现较高的电压增
益，但是其会在开关过程中由于电容充放电导致较高的电流尖峰，影响变换器的效率和可
靠性；开关电感型高增益变换器由于其输入侧电感并联充电、串联放电，因此输入侧的电流
纹波较大，影响电池的寿命。

[0004] 针对问题2，目前主要使用交错并联结构来降低输入侧的电流纹波，但是一般电压增益比较低。例如，一种相关技术最基本的两相交错并联Boost变换器，由两个传统Boost变
换器交错并联而成，能够降低变换器的输入电流纹波，但是没有提高变换器的电压增益。为
了提高变换器电压增益，另一种相关技术提出了两相交错并联倍压Boost变换器，在传统两
相交错并联Boost变换器的基础上增加了倍压模块，使输出电压翻倍，但是结构较为复杂，
倍压模块包括两个电容和两个二极管，电压增益仅增加了一倍。

[0005] 因此，为了同时实现较高的电压增益的同时降低输入侧的电流纹波的拓扑仍然需要进一步研究与开发。

发明内容

[0006] 本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

[0007] 为此，本发明的目的在于提出一种基于电容箝位的三相交错并联超高增益升压变换器，该变换器具有超高的电压增益、超低输入电流纹波，低电压应力的特点，适用于燃料
电池、光伏电池并网发电领域。

[0008] 为达到上述目的，本发明实施例提出了一种基于电容箝位的三相交错并联超高增益升压变换器，包括：正向电容箝位电路，所述正向电容箝位电路包括第一电容C1、第二电
容C2、第一二极管D1和第二二极管D2，其中，所述第一电容C1的一端与第一节点相连，所述第
一二极管D1的阳极和所述第二电容C2的一端相连于第二节点，所述第二二极管D2的阴极和
所述第二电容C2的另一端相连于第六节点，所述第一电容C1的另一端、所述第一二极管D1的
阴极和所述第二二极管D2的阳极均与第四节点相连；反向电容箝位电路，所述反向电容箝
位电路包括第三电容C3、第四电容C4、第三二极管D3和第四二极管D4，其中，所述第三电容C3
的一端与第三节点相连，所述第三二极管D3的阴极和所述第四电容C4的一端相连于第二节
点，所述第四电容C4的另一端和所述第四二极管D4的阳极相连于第七节点，所述第三电容C3
的另一端、所述第三二极管D3的阳极和所述第四二极管D4的阴极相连于第五节点；三相交错
并联Boost结构，所述三相交错并联Boost结构包括第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第
一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3和输入源Vin，其中，所述第一电感L1的一端、第二
电感L2的一端和第三电感L3的一端与所述输入源Vin的正极相连，所述第一电感L1的另一端
与第三节点相连，所述第二电感L2的另一端与第二节点相连，所述第三电感L3的另一端与第
一节点相连，所述第一开关管S1的源极或发射极、第二开关管S2的源极或发射极和第三开关
管S3的源极或发射极与所述输入源Vin的负极相连，所述第一开关管S1的漏极或集电极与第
三节点相连，所述第二开关管S2的漏极或集电极与第二节点相连，所述第三开关管S3的漏极
或集电极与第一节点相连。

[0009] 本发明实施例的基于电容箝位的三相交错并联超高增益升压变换器，由三相交错Boost结构、正向电容箝位电路和反向电容箝位电路构成，有超高的电压增益、超低输入电
流纹波，低电压应力的特点，适用于燃料电池、光伏电池并网发电领域。

[0010] 另外，根据本发明上述实施例的基于电容箝位的三相交错并联超高增益升压变换器还可以具有以下附加的技术特征：

[0011] 进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：负载RL，所述负载RL通过第六节点和第七节点分别与所述反向电容箝位电路和所述正向电容箝位电路相连。

[0012] 进一步地，在本发明的一个实施例中，所述高增益变换器由所述三相交错Boost结构、所述正向电容箝位电路和所述反向电容箝位电路构成，其中，在构成方式上，所述三相
交错Boost结构为所述高增益变换器的输入端，所述正向电容箝位电路和所述反向电容箝
位电路为所述高增益变换器的输出端。

[0013] 进一步地，在本发明的一个实施例中，其中，当所述第一开关管S1、所述的第二开关管S2和所述第三开关管S3交替动作时，在第一节点到第二节点之间产生三电平(Vin/(1-
D)、0、-Vin/(1-D))，在第二节点到第三节点之间产生三电平(Vin/(1-D)、0、-Vin/(1-D))，其
中，D为所述第一开关管S1、所述第二开关管S2和所述第三开关管S3的占空比；当所述三相交
错Boost结构在所述第一节点和所述第二节点之间产生所述三电平(Vin/(1-D)、0、-Vin/(1-
D))的方波电压时，所述正向电容箝位电路中所述第二电容C2会获得上正下负2Vin/(1-D)的
电压；当所述三相交错Boost结构在所述第二节点和所述第三节点之间产生所述三电平
(Vin/(1-D)、0、-Vin/(1-D))的方波电压时，所述反向电容箝位电路中所述第四电容C4会获得
上正下负2Vin/(1-D)的电压。

[0014] 进一步地，在本发明的一个实施例中，所述超高增益升压变换器的增益表达式如下：

[0015]

[0016] 其中，M3P-ICCB为所述超高增益升压变换器的电压增益，Vout为所述负载RL两端的电压，Vin为所述输入源的电压，D为所述第一开关管S1、所述第二开关管S2和所述第三开关管S3
的占空比。

[0017] 进一步地，在本发明的一个实施例中，在所述电感电流连续模式下，所述超高增益升压变换器在一个开关周期内包括第一工作模态、第二工作模态、第三工作模态、第四工作
模态、第五工作模态和第六工作模态。

[0018] 进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第一工作模态、所述第三工作模态和所述第五工作模态特征相同，包括：所述第一开关管S1、所述第二开关管S2和所述第三开关管
和S3均导通，所述第一电感L1、所述第二电感L2和所述第三电感和L3均恒压充磁，所述第二
电容C2和所述第四电容C4为所述负载RL供电。

[0019] 进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第二工作模态包括：所述第一开关管S1和所述第三开关管S3导通，所述第一电感L1和所述第三电感L3恒压充磁，所述第二开关管S2
关断，所述输入源Vin和所述第二电感L2向所述第一电容C1充电，所述输入源Vin、所述第二电
感L2和所述第三电容C3串联为所述第四电容C4充电，所述第二电容C2和所述第四电容C4为所
述负载RL供电。

[0020] 进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第四工作模态包括：所述第一开关管S1和所述第二开关管S2导通，所述第一电感L1和所述第二电感L2恒压充磁，所述第三开关管S3
关断，所述输入源Vin、所述第三电感L3和所述第一电容C1串联为所述第二电容C2充电，所述
第二电容C2和所述第四电容C4为所述负载RL供电。

[0021] 进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第六工作模态包括：所述第二开关管S2和所述第三开关管S3导通，所述第二电感L2和所述第三电感L3恒压充磁，所述第一开关管S1
关断，所述输入源Vin和所述第一电感L1向所述第三电容C3充电，所述第二电容C2和所述第四
电容C4为所述负载RL供电。

[0022] 本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

[0023] 本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

[0024] 图1是根据本发明一个实施例的基于电容箝位的三相交错并联超高增益升压变换器的结构示意图；

[0025] 图2是根据本发明一个实施例的三相交错并联Boost结构示意图；

[0026] 图3是根据本发明一个实施例的正向电容箝位电路的结构示意图；

[0027] 图4是根据本发明一个实施例的反向电容箝位电路的结构示意图；

[0028] 图5是根据本发明一个实施例的基于电容箝位的三相交错并联超高增益升压变换器的主要理论工作波形示意图；

[0029] 图6是根据本发明一个实施例的基于电容箝位的三相交错并联超高增益升压变换器的第一工作模态、第三工作模态和第五工作模态的电路示意图；

[0030] 图7是根据本发明一个实施例的基于电容箝位的三相交错并联超高增益升压变换器的第二工作模态的电路示意图；

[0031] 图8是根据本发明一个实施例的基于电容箝位的三相交错并联超高增益升压变换器的第四工作模态的电路示意图；

[0032] 图9是根据本发明一个实施例的基于电容箝位的三相交错并联超高增益升压变换器的第六工作模态的电路示意图；

[0033] 图10是根据本发明一个具体实施例的基于电容箝位的三相交错并联超高增益升压变换器与传统Boost变换器的增益比较示意图；

[0034] 图11是根据本发明一个实施例的基于电容箝位的三相交错并联超高增益升压变换器的主要工作波形仿真结果示意图；

[0035] 图12是根据本发明一个实施例的基于电容箝位的三相交错并联超高增益升压变换器的电压应力仿真结果示意图；

[0036] 图13是根据本发明一个实施例的基于电容箝位的三相交错并联超高增益升压变换器的输出箝位电压的示意图；

[0037] 图14是根据本发明一个实施例的基于电容箝位的三相交错并联超高增益升压变换器的输入电流纹波和传统Boost输入电流纹波对比仿真结果示意图；

[0038] 图15是根据本发明一个实施例的基于电容箝位的三相交错并联超高增益升压变换器的闭环控制仿真结果示意图。

具体实施方式

[0039] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附
图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

[0040] 下面参照附图描述根据本发明实施例提出的基于电容箝位的三相交错并联超高增益升压变换器。

[0041] 图1是本发明一个实施例的基于电容箝位的三相交错并联超高增益升压变换器的结构示意图。

[0042] 如图1所示，该基于电容箝位的三相交错并联超高增益升压变换器10包括：三相交错并联Boost结构100、正向电容箝位电路200和反向电容箝位电路300。

[0043] 其中，三相交错并联Boost结构100如图2所示，包括第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3和输入源Vin，其中，第一电感L1的一端、
第二电感L2的一端和第三电感L3的一端与输入源Vin的正极相连，第一电感L1的另一端与第
三节点③相连，第二电感L2的另一端与第二节点②相连，第三电感L3的另一端与第一节点①
相连，第一开关管S1的源极或发射极、第二开关管S2的源极或发射极和第三开关管S3的源极
或发射极与输入源Vin的负极相连，第一开关管S1的漏极或集电极与第三节点③相连，第二
开关管S2的漏极或集电极与第二节点②相连，第三开关管S3的漏极或集电极与第一节点①
相连。

[0044] 正向电容箝位电路200如图3所示，包括第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1和第二二极管D2，其中，第一电容C1的一端与第一节点①相连，第一二极管D1的阳极和第二电
容C2的一端与第二节点②相连，第二二极管D2的阴极和第二电容C2的另一端与第六节点⑥
相连，第一电容C1的另一端、第一二极管D1的阴极和第二二极管D2的阳极均与第四节点④相
连；

[0045] 反向电容箝位电路300如图4所示，反向电容箝位电路300包括第三电容C3、第四电容C4、第三二极管D3和第四二极管D4，其中，第三电容C3的一端与第三节点③相连，第三二极
管D3的阴极和第四电容C4的一端与第二节点②相连，第四电容C4的另一端和第四二极管D4
的阳极与第七节点相连⑦，第三电容C3的另一端、第三二极管D3的阳极和第四二极管D4的阴
极与第五节点⑤相连。

[0046] 进一步地，在本发明的一个实施例中，负载通过第六节点⑥和第七节点⑦与反向电容箝位电路300和正向电容箝位电路200相连。

[0047] 进一步地，在本发明的一个实例中，高增益变换器10由所述三相交错Boost结构100、正向电容箝位电路200和反向电容箝位电路300构成，其中，在构成方式上，三相交错
Boost结构100为高增益变换器10的输入端，正向电容箝位电路200和反向电容箝位电路300
为高增益变换器10的输出端，三相交错Boost结构100通过第一节点1○、第二节点2○与正
向电容箝位电路200相连，三相交错Boost结构100通过第二节点2○、第三节点3○与反向电
容箝位电路300相连。

[0048] 进一步地，在本发明的一个实例中，当第一开关管S1、第二开关管S2和第三开关管S3交替动作时，在第一节点①和第二节点②之间产生三电平(Vin/(1-D)、0、-Vin/(1-D))，在
第二节点②和第三节点③之间产生三电平(Vin/(1-D)、0、-Vin/(1-D))，其中D为第一开关管
S1、第二开关管S2和第三开关管S3的占空比。

[0049] 进一步地，在本发明的一个实施例中，当正向电容箝位电路200的输入端第一节点①和第二节点②之间接入三电平(Vin/(1-D)、0、-Vin/(1-D))方波电压时，第二电容C2会获得
上正下负2Vin/(1-D)的电压；当反向电容箝位电路300的输入端第二节点②和第三节点③之
间接入三电平(Vin/(1-D)、0、-Vin/(1-D))方波电压时，第四电容C4会获得上正下负2Vin/(1-
D)的电压。

[0050] 进一步地，在本发明的一个实施例中，高增益变换器10的输入端为三相交错Boost结构100，输入侧具有超低输入纹波的功能，适合于燃料电池、光伏电池发电技术。

[0051] 进一步地，在本发明的一个实施例中，正向电容箝位电路200和反向电容箝位电路300具有提高变换器电压增益、减小器件电压应力的功能，高增益变换器10的电压增益为传
统Boost变换器电压增益的4倍，开关管的电压应力与传统Boost电路相同，是输出电压的1/
4，二极管的电压应力为输出电压的1/2，高增益变换器具有高电压增益、低电压应力的特
点。

[0052] 进一步地，在本发明的一个实施例中，在电感电流连续模式(Current continuous mode，CCM)下，超高增益升压变换器10在一个开关周期内包括第一工作模态、第二工作模
态、第三工作模态、第四工作模态、第五工作模态和第六工作模态，图5为图1所示变换器主
要工作波形图，图6-图9是图1所示变换器的各个工作模态图，具体为：

[0053] 第一工作模态、第三工作模态和第五工作模态特征相同，工作模态图如图6所示，包括：第一、第二和第三开关管S1、S2和S3均导通，第一、第二和第三电感L1、L2和L3均恒压充
磁，第一、第二和第三电感L1、L2和L3的电流iL1、iL2和iL3均线性增加，第二电容C2和第四电容
C4为负载RL供电，第二、第四电容C2、C4电压vC2、vC4正向下降，相关电气参数公式为：

[0054]

[0055] 其中，t0、t1为第一工作模态的起始和结束时间，t2、t3为第三工作模态的起始和结束时间，t4、t5为第五工作模态的起始和结束时间；

[0056] 第二工作模态如图7所示，第一、第三开关管S1、S3导通，第一、第三电感L1、L3恒压充磁，第一、第三电感L1、L3电流iL1、iL3均线性增加，第二开关管S2关断，输入源Vin和第二电
感L2向第一电容C1充电，第二电感L2电流iL2下降，第一电容C1的电压vC1正向下降，输入源
Vin、第二电感L2和第三电容C3串联为第四电容C4充电，第三、第四电容C3、C4的电压vC3、vC4正
向上升，第二电容C2和第四电容C4为负载RL供电，第二电容C2电压vC2正向下降,相关电气参
数公式为：

[0057]

[0058] 其中，t1、t2为第二工作模态的起始和结束时间；

[0059] 第四工作模态如图8所示，第一、第二开关管S1、S2导通，第一、第二电感L1、L2恒压充磁，第一、第二电感L1、L2电流iL1、iL2均线性增加，第三开关管S3关断，输入源Vin、第三电感
L3和第一电容C1串联为第二电容C2充电，第一、第二电容C1、C2电压vC1、vC2均正向上升，第二
电容C2和第四电容C4为负载RL供电，第四电容C4电压vC4正向减小,相关电气参数公式为：

[0060]

[0061] 其中，t3、t4为第四工作模态的起始和结束时间；

[0062] 第六工作模态如图9所示，第二、第三开关管S2、S3导通，第二、第三电感L2、L3恒压充磁，第二、第三电感L2、L3电流iL2、iL3均线性增加，第一开关管S1关断，输入源Vin和第一电
感L1向第三电容C3充电，第二电容C2和第四电容C4为负载RL供电，第三、第四电容C3、C4电压
vC3、vC4均正向下降，相关电气参数公式为：

[0063]

[0064] 其中，t5、t6为第六工作模态的起始和结束时间。

[0065] 进一步地，本发明实施例所提出的3P-ICCB(Three Phase Interleaved Clamping Capacitor Boost)变换器的电压增益表达式为：

[0066]

[0067] 其中，M3P-ICCB为超高增益升压变换器的增益，Vout为负载RL两端的电压，Vin为输入源的电压，D为第一开关管S1、第二开关管S2和第三开关管S3的占空比。

[0068] 进一步地，将3P-ICCB变换器的电压增益和传统Boost相比较，对比图如图5所示，本发明实施例所提出的3P-ICCB变换器与传统Boost电路相比，具有超高的电压增益，能够
有效实现电压提升功能。

[0069] 在本发明的一个具体实施例中，对该基于电容箝位的三相交错并联超高增益升压变换器进行仿真验证。

[0070] 具体地，为了验证3P-ICCB变换器的理论分析，根据下表1中的3P-ICCB变换器仿真参数搭建了仿真平台。表1为3P-ICCB变换器仿真参数表。

[0071]参数名称 参数标号 参数值
输入源 Vin 48V
开关频率 fs 200kHz
占空比 D 0.744
电感 L1、L2、L3 300μH
输出负载 RL 188Ω
第一电容 C1 13.3μF
第二电容 C2 13.3μF
第三电容 C3 13.3μF
第四电容 C4 13.3μF

[0072] 首先，根据理论分析，在表1的参数下，如公式5所示，3P-ICCB变换器输出电压达到750V；如公式6所示，3P-ICCB变换器的输出功率为3kW；如公式7所示，在相同的参数下Boost
变换器的输出电压只有187V；如公式8所示，Boost的输出功率只有187W。其中，公式5、公式
6、公式7和公式8分别如下：

[0073]

[0074]

[0075]

[0076]

[0077] 进一步地，第一开关管S1、第二开关管S2和第三开关管S3的阻断电压vds约等于3P-ICCB变换器输出电压的1/4，与Boost变换器具有相同的开关管承受电压，理论上在表1参数
下为187V。第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4的阻断电压vD约等于
3P-ICCB变换器输出电压的1/2，理论上在表1参数下为374V。仿真结果如图12所示，包括了
第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和
第四二极管D4的端电压波形，从而得到开关管和二极管的电压应力分别为187V和374V，与
理论分析相符。

[0078] 进一步地，3P-ICCB变换器在CCM模式下的仿真主要工作波形如图11所示，图11的仿真主要工作波形与图6的理论主要工作波形基本相符，从而验证了工作模态分析的正确
性。

[0079] 进一步地，输出源Vout、第二电容C2和第四电容C4的电压仿真波形如图13所示，从而验证了输出电压构成的原理分析。

[0080] 进一步地，3P-ICCB变换器的输入电流纹波和传统Boost电路在相同功率等级下的输入电流纹波对比如图14所示，由于三相交错，使得变换器的输入电流纹波较超小，是传统
Boost变换器的电流纹波的1/3，在3kW功率等级下，输入电流纹波仅为0.2A。

[0081] 此外，3P-ICCB变换器能够实现闭环控制，其中，闭环控制输出电压的启动波形如图15所示，图15中输出电压在动态调节过程中超调较小，并且达到稳定的时间短，具有较好
的可控性。

[0082] 根据表1所列参数而搭建的仿真平台的仿真结果验证了理论分析结果的正确性，进一步有力地证明了3P-ICCB变换器所具备的超高增益优势、超低输入电流纹波、低器件电
压应力的优势。因此在本发明的实施例中，基于三相交错Boost结构100、正向电容箝位电路
200和反向电容箝位电路300所提出的基于电容箝位的三相交错并联超高增益升压变换器
10，具有超高的电压增益，电压增益为4/(1-D)，其中，D为第一开关管S1、第二开关管S2的占
空比和第三开关管S3的占空比，且开关管电压应力不变，二极管应力仅增加一倍。此外，本
发明实例的变换器具有超小的电流纹波，并且具有很好的能控性，从而为高增益电能变换
应用场合提供一种简单实用的拓扑结构。

[0083] 根据本发明实施例提出的基于电容箝位的三相交错并联超高增益升压变换器，可以将三相交错并联Boost结构、正向电容箝位电路和反向电容箝位电路三者结合，使出输出
电压达到传统Boost的4倍，且不增加开关管的电压应力，从而使得升压变换器的电压增益
超高，输入电流纹波超小，器件电压应力低。

[0084] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0085] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者
隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三
个等，除非另有明确具体的限定。

[0086] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内
部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员
而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0087] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在
第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示
第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第
一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

[0088] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特
点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不
必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任
一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技
术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结
合和组合。

[0089] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述
实施例进行变化、修改、替换和变型。