CN101895199B - 隔离型Buck-Boost直流变换器 - Google Patents
隔离型Buck-Boost直流变换器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101895199B CN101895199B CN2010102153130A CN201010215313A CN101895199B CN 101895199 B CN101895199 B CN 101895199B CN 2010102153130 A CN2010102153130 A CN 2010102153130A CN 201010215313 A CN201010215313 A CN 201010215313A CN 101895199 B CN101895199 B CN 101895199B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- boost
- buck
- converter
- type
- unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
本发明公开了一种隔离型Buck-Boost直流变换器，用Buck型隔离开关单元代替其Buck单元，或用Boost型隔离开关单元代替其Boost单元都可以得到一族隔离型Buck-Boost直流变换器。本发明的隔离型Buck-Boost变换器保留了双管Buck-Boost变换器输入输出极性相同、输入输出电压应力低和无源元件少等优点，同时该类变换器比双管Buck-Boost变换器多增加了变压器变比这样一个控制变量，更有利于变换器的优化设计和控制，可以在较宽的输入电压范围内实现高效率。
Description
技术领域
本发明所涉及是一种电能变换装置，特别是一种直流变换器。
背景技术
随着电力电子技术的发展，对电能变换器装置的要求越来越高，其中变换器装置的高效一直都是电力电子技术发展的趋势之一。目前很多应用场合，比如通讯电源、带功率因素校正技术的电源和光伏并网逆变器等，其输入电压范围都比较宽，如何保证变换器在较宽的输入电压范围内的高效率就显得至关重要。
Buck变换器的效率是随输入电压的升高而降低，Boost变换器的效率随输入电压的升高而升高，而双管Buck-Boost变换器是由Buck变换器和Boost变换器级联并简化而成，其结构包括输入源1G、Buck单元2G、储能电感3G、Boost单元4G、滤波电容5G和负载6G，如图1所示。其中的Buck单元是指Buck变换器除去输入源、滤波电路和负载后的结构单元，其由开关管和二极管组成，同样Boost单元是指Boost变换器除去输入源、储能电感、滤波电容和负载后的结构单元，其由开关管和二极管组成。双管Buck-Boost变换器综合了Buck变换器和Boost变换器两者的优势，通过优化设计和控制可以使变换器在较宽的输入电压范围都具有高效率，然而双管Buck-Boost变换器只能适用于无电气隔离要求的场合。
为了提高系统的安全性和可靠性，目前很多场合都要求电气隔离，所以提出适用于宽输入电压范围且满足电气隔离要求的高效变换器拓扑是非常有必要的。
发明内容
本发明的目的在于针对电气隔离要求的场合，提出适用于宽输入电压范围的隔离型Buck-Boost变换器。
本发明所采用的具体技术方案为：
一种隔离型Buck-Boost直流变换器，由Buck型隔离开关单元代替双管Buck-Boost直流变换器中的Buck单元，或者由Boost型隔离开关单元代替双管Buck-Boost直流变换器中的Boost单元形成，其中，所述Buck型隔离开关单元指Buck型隔离直流变换器去掉输入源、滤波电路和负载后的结构单元，所述Boost型隔离开关单元指Boost型隔离直流变换器去掉输入源、储能电感、滤波电路及负载后的结构单元。
作为本发明的进一步改进，所述的Buck型隔离直流变换器为正激直流变换器、Buck型推挽直流变换器、Buck型半桥直流变换器或Buck型全桥直流变换器。
作为本发明的进一步改进，所述的Boost型隔离直流变换器为Boost型推挽直流变换器或Boost型全桥直流变换器。
作为本发明的进一步改进，所述的Boost型隔离直流变换器可以为Boost型半桥直流变换器，此时所述的Boost型隔离开关单元为Boost型半桥隔离开关单元，其指由Boost型隔离直流变换器去掉输入源、滤波电容及负载后的结构单元。该Boost型隔离开关单元代替双管Buck-Boost变换器中的储能电感和Boost单元即可构成所述的隔离型Buck-Boost直流变换器。
本发明的隔离型Buck-Boost变换器保留了双管Buck-Boost变换器输入输出极性相同、输入输出电压应力低和无源元件少等优点，同时该类变换器比双管Buck-Boost变换器多增加了变压器变比这样一个控制变量，更有利于变换器的优化设计和控制，可以在较宽的输入电压范围内实现高效率。
附图说明
图1.双管Buck-Boost变换器结构示意图。
图2.Buck型全桥隔离开关单元代替双管Buck-Boost变换器中Buck单元形成的隔离型Buck-Boost变换器的结构示意图。
图3.本发明优选实施例的全桥-Boost变换器一种工作情况下的主要波形示意图。
图4.本发明优选实施例的全桥-Boost变换器另一种工作情况下的主要波形示意图。
图5～8.本发明优选实施例的全桥-Boost变换器一种工作情况下的各开关模态等效电路结构示意图。
图9～12.本发明优选实施例的全桥-Boost变换器另一种工作情况下的各开关模态等效电路结构示意图。
图13.Buck型正激隔离开关单元代替双管Buck-Boost变换器中Buck单元形成的隔离型Buck-Boost变换器的结构示意图。
图14.Buck型推挽隔离开关单元代替双管Buck-Boost变换器中Buck单元形成的隔离型Buck-Boost变换器的结构示意图。
图15.Buck型半桥隔离开关单元代替双管Buck-Boost变换器中Buck单元形成的隔离型Buck-Boost变换器的结构示意图。
图16.Boost型推挽隔离开关单元代替双管Buck-Boost变换器中Boost单元形成的隔离型Buck-Boost变换器的结构示意图。
图17.Boost型全桥隔离开关单元代替双管Buck-Boost变换器中Boost单元形成的隔离型Buck-Boost变换器的结构示意图。
图18.Boost型半桥隔离开关单元代替双管Buck-Boost变换器中Boost单元和储能电感形成的隔离型Buck-Boost变换器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明的隔离型Buck-Boost变换器根据引入变压器位置的不同可以分为两类：一类是由Buck型隔离开关单元代替双管Buck-Boost变换器中的Buck单元，从而得到一族在Buck侧进行电气隔离的隔离型Buck-Boost变换器，其中的Buck型隔离开关单元就是指其相应Buck型隔离变换器除去输入源、滤波电路和负载之后的结构单元，其由开关管、二极管和变压器所组成。典型的Buck型隔离变换器主要包括正激、推挽、半桥和全桥等变换器，其中正激变换器又可分为单管正激、双管正激和有源箝位正激。所以对应的典型隔离开关单元包括单管正激、双管正激、有源箝位正激、推挽、半桥和全桥等隔离开关单元。
图2为用Buck型全桥隔离开关单元代替双管Buck-Boost变换器中的Buck单元而得到的全桥-Boost变换器，该变换器作为隔离型Buck-Boost直流变换器的优选具体实施例，其由输入源1、全桥隔离开关单元2、储能电感3、Boost单元4、滤波电容5和负载6组成，其中全桥隔离开关单元2是指全桥变换器除去输入源、滤波电路和负载之后的结构单元，其包括由开关管Q1～Q4组成的全桥单元、隔离变压器Tr和二极管DR1～DR4组成的整流桥单元三个部分。
下面针对图2所示的优选具体实施例，给出不同工作情况下全桥-Boost直流变换器主要工作波形示意图及其开关模态图。
根据输入电压Vin、隔离变压器副边对原变的匝比k和输出电压Vo之间的关系，全桥-Boost变换器包括kVin≥Vo和kVin＜Vo两种工作情况，其主要工作波形示意图分别如图3和4所示。图3和图4从上至下，波形分别为开关管Q1和Q3驱动波形、开关管Q2和Q4驱动波形、全桥单元桥臂点输出电压vAB、全桥单元整流后输出电压v1、Boost单元开关管漏源极电压v2、变压器原边电流ip和电感电流iLf。同样由图3和4可知，全桥-Boost变换器在一个开关周期内有6种开关模态，分别以[t0时刻]、[t0，t1]、[t1，t2]、[t2，t3]、[t3，t4]、[t4，t5]、[t5，t6]表示，其中[t0，t3]时刻为前半周期，[t3，t6]为后半周期。
首先针对图3，kVin≥Vo情况下全桥-Boost变换器的各开关模态的工作情况进行分析。
1.开关模态0[t0时刻之前]
对应图5。t0时刻之前，全桥单元开关管Q1、Q2、Q3、Q4和Boost单元开关管Qb都处于关断状态，电感电流通过整流桥二极管D1、D2、D3、D4和Boost单元二极管Db续流，此时加在电感Lf两端的电压为-Vo，电感电流iLf下降，此时变压器原边电流ip为零。
2.开关模态1[t0，t1]
对应图6。在t0时刻，全桥单元开关管Q1和Q4开通，整流桥二极管D1和D4导通，D2和D3截止。Boost单元开关管Qb开通，二极管Db截止。加在电感Lf两端电压为kVin＞0，电感电流iLf增加，此时变压器原边电流ip＝iLf/k，即电感电流按变比折算到原边的电流，该模态直到t1时刻Boost单元开关管Qb关断而结束。
3.开关模态2[t1，t2]
对应图7。在t1时刻全桥单元开关管Q1和Q4依然导通，整流桥二极管D1和D4导通，D2和D3截止，而Boost单元开关管Qb关断，二极管Db导通。加在电感Lf两端电压为kVin-Vo≥0，电感电流iLf继续增加，只是增加的速度比开关模态1更慢，此时变压器原边电流依然为ip＝iLf/k，该模态直到t2时刻全桥单元开关管Q1和Q4关断而结束。
4.开关模态3[t2，t3]
对应图8。在t2时刻全桥单元开关管Q1和Q4关断，Boost单元开关管Qb关断。电感电流iLf通过整流桥二极管D1、D2、D3、D4和Boost单元二极管Db续流，此时电感Lf两端电压为-Vo＜0，电感电流下降，此时变压器原边电流ip为零，该模态直到t3时刻全桥单元开关管Q2和Q3和Boost单元开关管Qb导通而结束。
后半周期[t3，t6]的开关模态的工作情况和前半周期[t0，t3]是相同的，这里不再分析。
下面针对图4，即kVin＜Vo情况下全桥-Boost变换器的各开关模态的工作情况进行分析。
1.开关模态0[t0时刻之前]
对应图9。t0时刻之前，全桥单元开关管Q1、Q2、Q3、Q4和Boost单元开关管Qb都处于关断状态，电感电流iLf通过整流桥二极管D1、D2、D3、D4和Boost单元二极管Db续流，此时加在电感Lf两端电压为-Vo＜0，电感电流iLf下降，此时变压器原边电流ip为零。
2.开关模态1[t0，t1]
对应图10。在t0时刻全桥单元开关管Q1和Q4开通，整流桥二极管D1和D4导通，D2和D3截止。Boost单元开关管Qb开通，Db截止。此时加在电感Lf两端电压为kVin＞0，电感电流iLf增加，此时变压器原边电流ip＝iLf/k，即电感电流按变比k折算到原边的电流，该模态直到t1时刻Boost单元Qb关断，二极管Db导通而结束。
3.开关模态2[t1，t2]
对应图11。在t1时刻全桥单元开关管Q1和Q4导通，整流桥二极管D1和D4导通，D2和D3截止，Boost单元开关管Qb关断，二极管Db导通，此时加在电感Lf两端电压为kVin-Vo＜0，电感电流iLf下降，此时变压器原边电流依然为ip＝iLf/k，该模态直到t2时刻全桥单元开关管Q1和Q4关断而结束。
4.开关模态3[t2，t3]
对应图12。在t2时刻全桥单元开关管Q1和Q4关断，Boost单元开关管Qb关断，电感电流通过整流桥二极管D1、D2、D3、D4和Boost单元二极管Db续流，此时加在电感Lf两端电压为-Vo＜0，电感电流下降，下降的速度比开关模态2中更快，此时变压器原边电流ip为零。该模态直到t3时刻全桥单元开关管Q2和Q3导通，Boost单元开关管Qb导通而结束。
后半周期[t3，t6]的开关模态的工作情况和前半周期[t0，t3]是相同的，这里也不再分析。
本发明的优选实施例具体参数如下：输入电压由光伏电池阵列提供，Vin＝250～500VDC；输出直流电压Vo＝360VDC；输出电流Io＝16.674；变压器原副边匝比k＝1；输出滤波电感Lf＝310μH；输出滤波电容Cf＝4760μF；全桥单元和Boost单元开关管为COOL MOSFET：SPW47N60C3；整流二极管为：DSEI60-06；Boost单元二极管为SiC二极管：SDP30S120；全桥单元开关频率fs＝50kHz，Boost单元开关频率fs_b＝100kHz。
除了图2所示的优选实施例，用其它的Buck型隔离开关单元去代替双管Buck-Boost变换器中的Buck单元，可以得到在一族在Buck侧进行电气隔离的隔离型Buck-Boost变换器。
图13为用正激隔离开关单元代替双管Buck-Boost变换器中Buck单元形成的隔离型Buck-Boost变换器的结构示意图，其由输入源1A、正激隔离开关单元2A、储能电感3A、Boost单元4A、滤波电容5A和负载6A组成。
图14为用Buck型推挽隔离开关单元代替双管Buck-Boost变换器中Buck单元形成的隔离型Buck-Boost变换器的结构示意图，其由输入源1B、Buck型推挽隔离开关单元2B、储能电感3B、Boost单元4B、滤波电容5B和负载6B组成。
图15为用Buck型半桥隔离开关单元代替双管Buck-Boost变换器中Buck单元形成的隔离型Buck-Boost变换器的结构示意图，其由输入源1C、Buck型半桥隔离开关单元2C、储能电感3C、Boost单元4C、滤波电容5C和负载6C组成。
以上所述都是从Buck侧进行电气隔离而得到的一族隔离型Buck-Boost直流变换器。
另一类隔离型Buck-Boost直流变换器则是由Boost型隔离开关单元代替双管Buck-Boost变换器中的Boost单元，从而得到一族在Boost侧进行电气隔离的隔离型Buck-Boost直流变换器。Boost型隔离开关单元是指相应Boost型隔离变换器除去输入源、储能电感、滤波电容和负载之后的结构单元，其由开关管、二极管和变压器所组成，该类典型的Boost型隔离变换器包括推挽和全桥等变换器，其对应的典型隔离开关单元即包括推挽和全桥等隔离开关单元。
需要说明的是，对于Boost型半桥变换器，其对应的Boost型半桥隔离开关单元是指除去输入源、滤波电容和负载之后的结构单元，其由储能电感、开关管、二极管和变压器所组成，用Boost型半桥隔离开关单元去替换时，储能电感和Boost单元需要一并替换掉。
图16为用Boost型推挽隔离开关单元代替双管Buck-Boost变换器中Boost单元形成的隔离型Buck-Boost变换器的结构示意图，其由输入源1D、Buck单元2D、储能电感3D、Boost型推挽隔离开关单元4D、滤波电容5D和负载6D组成。
图17为用Boost型全桥隔离开关单元代替双管Buck-Boost变换器中Boost单元形成的隔离型Buck-Boost变换器的结构示意图，其由输入源1E、Buck单元2E、储能电感3E、Boost型全桥隔离开关单元4E、滤波电容5E和负载6E组成。
图18为用Boost型半桥隔离开关单元代替双管Buck-Boost变换器中储能电感和Boost单元形成的隔离型Buck-Boost变换器的结构示意图，其由输入源1F、Buck单元2F、Boost型半桥隔离开关单元3F、滤波电容4F和负载5F组成。
Claims (4)
1.一种隔离型Buck-Boost直流变换器，由Buck型隔离开关单元代替双管Buck-Boost直流变换器中的Buck单元，或者由Boost型隔离开关单元代替双管Buck-Boost直流变换器中的Boost单元形成，其中，所述Buck型隔离开关单元指Buck型隔离直流变换器去掉输入源、滤波电路和负载后的结构单元，所述Boost型隔离开关单元指Boost型隔离直流变换器去掉输入源、储能电感、滤波电路及负载后的结构单元。
2.根据权利要求1所述的一种隔离型Buck-Boost直流变换器，其特征在于，所述的Buck型隔离直流变换器为正激直流变换器、Buck型推挽直流变换器、Buck型半桥直流变换器或Buck型全桥直流变换器。
3.根据权利要求1或2所述的一种隔离型Buck-Boost直流变换器，其特征在于，所述的Boost型隔离直流变换器为Boost型推挽直流变换器或Boost型全桥直流变换器。
4.根据权利要求1或2所述的一种隔离型Buck-Boost直流变换器，其特征在于，所述的Boost型隔离直流变换器为Boost型半桥直流变换器，此时所述的Boost型隔离开关单元为Boost型半桥隔离开关单元，其指由Boost型半桥直流变换器去掉输入源、滤波电容及负载后的结构单元，该Boost型隔离开关单元代替双管Buck-Boost变换器中的储能电感和Boost单元即构成所述的隔离型Buck-Boost直流变换器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2010102153130A CN101895199B (zh) | 2010-07-02 | 2010-07-02 | 隔离型Buck-Boost直流变换器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2010102153130A CN101895199B (zh) | 2010-07-02 | 2010-07-02 | 隔离型Buck-Boost直流变换器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101895199A CN101895199A (zh) | 2010-11-24 |
| CN101895199B true CN101895199B (zh) | 2012-07-25 |
Family
ID=43104304
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2010102153130A Expired - Fee Related CN101895199B (zh) | 2010-07-02 | 2010-07-02 | 隔离型Buck-Boost直流变换器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101895199B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102299632A (zh) * | 2011-08-30 | 2011-12-28 | 南京邮电大学 | 一种Buck-Boost直流变换器 |
| CN106877645B (zh) * | 2017-04-12 | 2023-07-04 | 华中科技大学 | 一种零电压转换半无桥功率因数校正变换器 |
| CN106887947B (zh) * | 2017-04-12 | 2023-07-04 | 华中科技大学 | 一种高效率半无桥功率因数校正变换器 |
| CN109120156A (zh) * | 2017-06-23 | 2019-01-01 | 中兴通讯股份有限公司 | 一种隔离buck-boost电路及其控制方法 |
| CN111130351B (zh) * | 2019-11-26 | 2021-11-09 | 国网浙江省电力有限公司湖州供电公司 | 一种低延时的自适应双向dcdc变换器及其控制方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5402060A (en) * | 1993-05-13 | 1995-03-28 | Toko America, Inc. | Controller for two-switch buck-boost converter |
| CN1286522A (zh) * | 2000-10-19 | 2001-03-07 | 南京航空航天大学 | 新型倍流整流电路零电压开关全桥变换器 |
| CN1545194A (zh) * | 2003-11-19 | 2004-11-10 | 南京航空航天大学 | 级联式双向dc-dc变换器 |
-
2010
- 2010-07-02 CN CN2010102153130A patent/CN101895199B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5402060A (en) * | 1993-05-13 | 1995-03-28 | Toko America, Inc. | Controller for two-switch buck-boost converter |
| CN1286522A (zh) * | 2000-10-19 | 2001-03-07 | 南京航空航天大学 | 新型倍流整流电路零电压开关全桥变换器 |
| CN1545194A (zh) * | 2003-11-19 | 2004-11-10 | 南京航空航天大学 | 级联式双向dc-dc变换器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101895199A (zh) | 2010-11-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101702578B (zh) | 耦合电感实现正反激隔离式升压型变换器及应用 | |
| CN100379132C (zh) | 软开关pwm交错并联双管正激变换器 | |
| CN102545638A (zh) | 交错并联三电平dc/dc变换器和ac/dc变换器 | |
| CN100561840C (zh) | 零电压开关全桥直流变换器 | |
| CN102497108A (zh) | Llc谐振型推挽正激变换拓扑 | |
| KR102344534B1 (ko) | 전력변환부 | |
| CN101895199B (zh) | 隔离型Buck-Boost直流变换器 | |
| CN108235509B (zh) | 一种集成降压Cuk和LLC电路的单级LED驱动电路 | |
| CN102025280B (zh) | 对称控制型三相三电平直流变换器及其对称控制方法 | |
| CN107659144A (zh) | 电感内置升压单元变换器 | |
| CN101604917A (zh) | 采用无源辅助网络的零电压开关全桥直流变换器 | |
| CN1937380A (zh) | 零电压开关半桥三电平直流变换器 | |
| CN101355305B (zh) | 多功能有源箝位变结构型双管正反激直流变流器 | |
| CN203827175U (zh) | 一种新型软开关双向dc-dc变换器 | |
| CN101814840B (zh) | 二极管加辅助变压器箝位的零电压开关全桥直流变换器 | |
| CN201312262Y (zh) | 一种具有较高转换效率的高频开关电源 | |
| CN106787756B (zh) | 一种cl-ft-cl谐振直流变换器 | |
| CN1937382A (zh) | 零电压开关复合式全桥三电平直流变换器 | |
| Yuan et al. | A current-fed LCL resonant converter for wide output-voltage applications | |
| Xie et al. | Performance analysis of isolated ZVT interleaved converter with winding-cross-coupled inductors and switched-capacitors | |
| CN203722473U (zh) | 一种嵌入式单开关Buck-Boost变换器 | |
| Wu et al. | A new soft-switching synchronous buck converter without auxiliary switch | |
| CN103633835A (zh) | 高效率高增益低电压电流应力的dc-dc变换器 | |
| CN107994779A (zh) | 一种推挽式开关电源拓扑结构 | |
| CN103117645A (zh) | Ld网络降压变换器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120725 Termination date: 20150702 |
|
| EXPY | Termination of patent right or utility model |