CN102647083B

CN102647083B - 一种升压型双向电压平衡变换器

Info

Publication number: CN102647083B
Application number: CN201210119761.XA
Authority: CN
Inventors: 张先进; 宋永献
Original assignee: Huaihai Institute of Techology
Current assignee: Huaihai Institute of Techology
Priority date: 2012-04-23
Filing date: 2012-04-23
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2032-04-23
Also published as: CN102647083A

Abstract

本发明一种升压型双向电压平衡变换器，其特征在于：它包括输入端直流电压源、升压电感电路、半桥电路和输出滤波电路。它通过输出电压外环控制器、输出电压内环平衡控制器进行控制。本发明不但实现升压和功率双向流动功能，而且能够在输出端构造一根中线实现输出电压平衡，即利用中线将高输出压直流电压换成两个大小相等直流电压，以解决输出高压时电解电容串联均压、不同用电设备对输入端均压的要求等问题。同时，每只功率器件的电压应力只是输出电压的一半，可以采用低压功率器件，有利于提高变换器的效率。

Description

一种升压型双向电压平衡变换器

技术领域

本发明涉及的是一种升压型双向电压平衡变换器，属电能变换装置中的直流非隔离变换技术。

背景技术

升压型双向变换器被广泛地应用在新能源发电、蓄电池供电等系统之中，升压型双向变换器不但将低输入电压升高，而且能够实现能量的双向流动。例如，在新能源发电系统中通过升压型双向变换器将蓄电池并入发电系统以调节系统功率平衡；在不间断供电（UPS）中，当公共电网出现故障时利用升压型双向变换器将蓄电池的输出电压升高到满足其后各种变换器输入电压的要求，当公共电网正常时利用升压型双向变换器向蓄电池充电。但是传统的非隔离升压型双向变换器的输出直流电压只有一种规格，无法同时满足后级各种功率变换器对输入电压的要求。例如，半桥（包括三电平半桥）变换器的输入端电压必须平衡（输入端直流分压电容要均压），否则，半桥变换器输出电压、电流波形就会发生畸变或无法很好地实现功率器件三电平状态而影响功率器件安全。同时，在升压型变换器的输出电压较高时，在输出端通常采用电解电容串联。由于串联电解电容不可能做到阻抗特性完全一致，所以串联电容会出现不均压，这将严重影响电解电容寿命。因此，需要一种升压型双向电压平衡变换器，它不但能够实现升压、功率双向流动，而且能够实现输出电压平衡。

由本发明人发明的中国专利申请201110100205.3公开的技术方案只能实现功率单向流动和构造一根中线、无法实现功率双向流动等缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种设计更为合理、输出高压时电解电容串联均压、可满足不同用电设备对输入电压平衡的要求的升压型双向电压平衡变换器。

本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的。本发明是一种升压型双向电压平衡变换器，其特点是，包括一个输入端直流电压源、一个升压电感电路、一个半桥电路、一个输出滤波电路，一个输出电压外环控制器、一个输出电压内环平衡控制器。

所述升压电感电路包括第一升压电感L₁和第二升压电感L₂，第一升压电感L₁的一端和输入直流电压源U_in的正端相连，第二升压电感L₂的一端和输入直流电压源U_in的负端相连；

所述半桥电路包括第一功率开关管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和第一续流二极管D₁、第二续流二极管D₂、第三续流二极管D₃、第四续流二极管D₄，第一功率开关管S₁漏极与第一续流二极管D₁阴极相连接，其连接点为第一连接点，第一功率开关管S₁源极和第一续流二极管D₁阳极相连接，其连接点为第二连接点，第二连接点与第一升压电感L₁另一端相连接，第二功率开关管S₂漏极和第二续流二极管D₂阴极相连接，其连接点与第二连接点相连接，第二功率开关管S₂源极和第二续流二极管D₂阳极相连接，其连接点为第三连接点，第三连接点与第三功率开关管S₃漏极和第三续流二极管D₃阴极连接处相连接，第三功率开关管S₃源极和第三续流二极管D₃阳极相连接，其连接点为第四连接点，第四连接点与第二升压电感L₂另一端相连接，第四功率开关管S₄漏极和第四续流二极管D₄阴极相连接，其连接点与第四连接点相连接，第四功率开关管S₄源极和第四续流二极管D₄阳极相连接，其连接点为第五连接点；

所述输出滤波电路包括：第一滤波电容C₁、第二滤波电容C₂和中线L_N，其中第一滤波电容C₁的一端和第二滤波电容C₂的一端串联连接，其连接点分别与中线L_N和第三连接点相连接，第一滤波电容C₁的另一端与第一连接点相连接，第二滤波电容C₂的另一端相连接与第五连接点相连接。

以上所述的一种升压型双向电压平衡变换器可以通过输出电压外环控制器、输出电压内环平衡控制器进行的控制；

所述的输出电压外环控制器包括电压外环调节器、电流环调节器、PWM发生器I，电压外环调节器的输出作为电流环调节器的输入参考值，电流环调节器的输出通过PWM发生器I生成控制第一功率开关管S₁的驱动信号U_gs1和第二功率开关管S₂的驱动信号U_gs2；

所述的输出电压内环平衡控制器包括电压内环调节器、功率流向比较器、PWM发生器II、PWM发生器III和逻辑运算器，电压内环调节器的输出分别与输出电压外环控制器中电流环调节器的输出进行运算，其输出分别送入PWM发生器II和PWM发生器III生成驱动逻辑信号U_pgs3、U_pgs4、U_ngs3和U_ngs4，驱动逻辑信号再与功率流向比较器的输出U_p、U_n进行逻辑运算得到第三功率开关管S₃和第四功率开关管S₄的驱动信号U_gs2和U_gs4。

本发明一种升压型双向电压平衡变换器不但能够实现升压和功率双向流动的目的，而且能够在输出端构造一根中线形成一个稳定的、电压等于输出电压一半的中线电压，实现输出电压平衡，从而解决如：串联电解电容均压问题、不同功率变换器对输入电压平衡要求或用电设备对输入电压的要求等问题。并且升压型双向电压平衡变换器中的功率器件电压应力只有输出电压的一半，有利于采用低压功率器件。

本发明一种升压型双向电压平衡变换器既能实现现有技术方案记载（中国专利申请201110100205.3公开的技术方案）的功能，又能实现功率双向流动功能。因此，本发明一种升压型双向电压平衡变换器可以应用在需要能量双向流动的新能源发电系统、不间断供电系统、储能（蓄电池、飞轮等）系统等之中。

与现有技术相比，本发明升压型双向电压平衡变换器不但能够实现升压和功率双向流动的功能，而且能够在输出端构造一根中线形成一个稳定的、电压等于输出电压一半的中线电压。它能够解决串联电解电容均压，满足后级用电设备对输入电压平衡的要求。同时，每只功率器件的电压应力只有输出电压一半，可以采用低压功率器件，有利于提高变换器的效率。

附图说明

图1是本发明一种升压型双向电压平衡变换器电路图，其中图中的标号名称：1：输入端直流电压源U_in、2：升压电感电路、3：半桥电路、4：输出滤波电路。

图2是本发明一种升压型双向电压平衡变换器控制图，其中图中的标号名称：5：输出电压外环控制器、6：输出电压内环平衡控制器。

图3是本发明一种升压型双向电压平衡变换器电能从输入端向输出端流动时，负载R₂>R₁主要波形图。

图4是本发明一种升压型双向电压平衡变换器电能从输入端向输出端流动时，负载R₂>R₁对应模态1、模态5等效电路图。

图5是本发明一种升压型双向电压平衡变换器电能从输入端向输出端流动时，负载R₂>R₁对应模态2、模态4等效电路图。

图6是本发明一种升压型双向电压平衡变换器电能从输入端向输出端流动时，负载R₂>R₁对应模态3等效电路图。

图7是本发明一种升压型双向电压平衡变换器电能从输出端向输入端流动时，负载R₂>R₁主要波形图。

图8是本发明一种升压型双向电压平衡变换器电能从输出端向输入端流动时，负载R₂>R₁对应模态1、模态5等效电路图。

图9是本发明一种升压型双向电压平衡变换器电能从输出端向输入端流动时，负载R₂>R₁对应模态2、模态4等效电路图。

图10是本发明一种升压型双向电压平衡变换器电能从输出端向输入端流动时，负载R₂>R₁对应模态3等效电路图。

图11是本发明一种升压型双向电压平衡变换器仿真电路图。

图12是本发明一种升压型双向电压平衡变换器电能从输入端向输出端流动时，负载R₂>R₁时，电感电流与开关管驱动信号图。

图13是本发明一种升压型双向电压平衡变换器电能从输入端向输出端流动时，负载R₂>R₁时，输出电压、电感电流和注入电流图。

图14是本发明一种升压型双向电压平衡变换器电能从输入端向输出端流动负载R₂<R₁时，电感电流与开关管驱动信号图。

图15是本发明一种升压型双向电压平衡变换器电能从输入端向输出端流动负载R₂<R₁时，输出电压、电感电流和注入电流图。

图16是本发明一种升压型双向电压平衡变换器电能从输出端向输入端流动负载R₂>R₁时，电感电流与开关管驱动信号图。

图17是本发明一种升压型双向电压平衡变换器电能从输出端向输入端流动负载R₂>R₁时，输出电压、电感电流和注入电流图。

图18是本发明一种升压型双向电压平衡变换器电能从输出端向输入端流动负载R₂<R₁时，电感电流与开关管驱动信号图。

图19是本发明一种升压型双向电压平衡变换器电能从输出端向输入端流动负载R₂<R₁时，输出电压、电感电流和注入电流图。

图20本发明一种升压型双向电压平衡变换器电能双向流动切换过程负载R₁<R₂时，电感电流、输出电压仿真图。

图21本发明一种升压型双向电压平衡变换器电能双向流动切换过程负载R₂<R₁时，电感电流、输出电压仿真图。

图1-21中的符号及元件名称说明如下：

U_in：输入端直流电压源，L₁、L₂：第一升压电感、第二升压电感，i_L1、i_L2：第一升压电感L₁电流、第二升压电感L₂电流，S₁、S₂、S₃、S₄：第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管，D₁、D₂、D₃、D₄：第一续流二极管、第二续流二极管、第三续流二极管、第四续流二极管，C₁、C₂：第一滤波电容、第二滤波电容，L_N：输出中线，U_out1、U_out2：第一滤波电容C₁端电压、第二滤波电容C₂端电压，U_o：输出电压，即第一滤波电容C₁和第二滤波电容C₂两个端电压U_out1、U_out2之和，U_ref：输出电压U_o参考值，U_ref/2：输出电压参考值U_ref一半，U_tr：三角波载波，U_gs1、U_gs2、U_gs3、U_gs4：第一功率开关管S₁驱动信号、第二功率开关管S₂驱动信号、第三功率开关管S₃驱动信号、第四功率开关管S₄驱动信号，U_p、U_n：功率流向比较器输出信号，U_pgs3、U_pgs4：PWM发生器II输出信号， U_ngs3、U_ngs4：PWM发生器III输出信号，U_DS1、U_DS2、U_DS3、U_DS4：第一功率开关管S₁漏-源极电压、第二功率开关管S₂漏-源极电压、第三功率开关管S₃漏-源极电压、第四功率开关管S₄漏-源极电压，i_Pulse：输出端注入直流电流。

具体实施方式

以下参照附图，进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。

实施例1，参照图1，一种升压型双电压平衡变换器，它包括输入端直流电压源1、一个升压电感电路2、一个半桥电路3、一个输出滤波电路4；

所述升压电感电路2包括第一升压电感L₁和第二升压电感L₂，第一升压电感L₁的一端和输入直流电压源U_in的正端相连，第二升压电感L₂的一端和输入直流电压源U_in的负端相连；

所述半桥电路3包括第一功率开关管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和第一续流二极管D₁、第二续流二极管D₂、第三续流二极管D₃、第四续流二极管D₄，第一功率开关管S₁漏极与第一续流二极管D₁阴极相连接，其连接点为第一连接点，第一功率开关管S₁源极和第一续流二极管D₁阳极相连接，其连接点为第二连接点，第二连接点与第一升压电感L₁另一端相连接，第二功率开关管S₂漏极和第二续流二极管D₂阴极相连接，其连接点与第二连接点相连接，第二功率开关管S₂源极和第二续流二极管D₂阳极相连接，其连接点为第三连接点，第三连接点与第三功率开关管S₃漏极和第三续流二极管D₃阴极连接处相连接，第三功率开关管S₃源极和第三续流二极管D₃阳极相连接，其连接点为第四连接点，第四连接点与第二升压电感L₂另一端相连接，第四功率开关管S₄漏极和第四续流二极管D₄阴极相连接，其连接点与第四连接点相连接，第四功率开关管S₄源极和第四续流二极管D₄阳极相连接，其连接点为第五连接点；

所述输出滤波电路4包括：第一滤波电容C₁、第二滤波电容C₂和中线L_N，其中第一滤波电容C₁的一端和第二滤波电容C₂的一端串联连接，其连接点分别与中线L_N和第三连接点相连接，第一滤波电容C₁的另一端与第一连接点相连接，第二滤波电容C₂的另一端相连接与第五连接点相连接。

实施例2，参照图2，实施例1所述的升压型双向电压平衡变换器可以通过输出电压外环控制器5、输出电压内环平衡控制器6进行的控制；

所述的输出电压外环控制器5包括电压外环调节器、电流环调节器、PWM发生器I，电压外环调节器的输出作为电流环调节器的输入参考值，电流环调节器的输出通过PWM发生器I生成控制第一功率开关管S₁的驱动信号U_gs1和第二功率开关管S₂的驱动信号U_gs2；

所述的输出电压内环平衡控制器6包括电压内环调节器、功率流向比较器、PWM发生器II、PWM发生器III、逻辑运算器，电压内环调节器的输出分别与输出电压外环控制器5中电流环调节器的输出进行运算，其输出分别送入PWM发生器II和PWM发生器III生成驱动逻辑信号U_pgs3、U_pgs4、U_ngs3和U_ngs4，驱动逻辑信号再与功率流向比较器的输出U_p、U_n进行逻辑运算得到第三功率开关管S₃和第四功率开关管S₄的驱动信号U_gs2和U_gs4。

根据以上可以得出：第一功率开关管S₁和第二功率开关管S₂互补工作，第三功率开关管S₃和第四功率开关管S₄互补工作；当能量从左向右流动时，控制第二功率开关管S₂和第三功率开关管S₃不同导通时间，即可以控制输出电压大小（共同导通时间），又可以控制输出电压相等（控制提前开通、滞后关断时间）。例如，如果输出U_out1大于U_out2时，控制第二功率开关管S₂提前第三功率开关管S₃开通、滞后第三功率开关管S₃关断时间保证两个输出电压相等，控制第二功率开关管S₂和第三功率开关管S₃共同导通时间控制两个输出电压之和。当能量从右向左流动时，控制第一功率开关管S₁和第四功率开关管S₄不同导通时间，即可以控制输出电压大小（共同导通时间），又可以控制输出电压相等（控制提前开通、滞后关断时间）。例如，U_out1大于U_out2时，控制第一功率开关管S₁提前第四功率开关管S₄开通、滞后第四功率开关管S₄关断时间保证两个输出电压相等，控制第一功率开关管S₁和第四功率开关管S₄共同导通时间控制两个输出电压之和。

实施例3，参照图3-10，本实施例仅给出本发明升压型双向电压平衡变换器以电能从输入端向输出端流动和电能从输出端向输入端流动时，第二滤波电容C₂上负载R₂大于第一滤波电容C₁上负载R₁来详细说明本发明升压型双向电压平衡变换器工作原理，其他情况在此忽略。具体描述如下：

（1）电能从输入端向输出端流动

模态1:

Figure 201210119761X100002DEST_PATH_IMAGE002

（第二功率开关管S₂、第三功率开关管S₃导通，见图3、图4）

在该时间段内，第二功率开关管S₂、第三功率开关管S₃同时导通，加在第一电感L₁和第二电感L₂上的电压为输入直流电压U_in，在该电压作用下第一电感L₁和第二电感L₂电流i_L1和i_L2线性增加，直到t₁时刻关断第二功率开关管S₂、开通第一功率开关管S₁为止。负载R₁和R₂分别由第一滤波电容C₁和第二滤波电容C₂供电。

由于第二功率开关管S₂、第三功率开关管S₃同时导通，所以加在第一功率开关管S₁和第四功率开关管S₄漏-源极电压U_DS1、U_DS4分别为第一电容滤波C₁和第二滤波电容C₂上电压U_out1、U_out2。在稳态时，U_out1=U_out2=U_o/2，所以U_DS1、U_DS4分别输出电压二分之一。

模态2: （第一功率开关管S₁、第三功率开关管S₃导通，见图3、图5）

在t₁时刻，关断第二功率开关管S₂、开通第一功率开关管S₁。由于电感电流不能突变，所以第一电感L₁和第二电感L₂电流i_L1、i_L2通过第一续流二极管D₁、第三功率开关管S₃进行续流。电感电流i_L1、i_L2在电压（U_out1-U_in）作用线性下降，并对第一滤波电容C₁和其上负载R₁供电；负载R₂继续由第二滤波电容C₂供电。该过程直到t₂时刻关断第三功率开关管S₃、开通第四功率开关管S₄为止。

由于第三功率开关管S₃和第一功率开关管S₁导通，所以第二功率开关管S₂和第四功率开关管S₄漏-源极电压U_DS2、U_DS4分别等于U_o/2。

模态3: （第一功率开关管S₁、第四功率开关管S₄导通，见图3、图6）

在t₂时刻，关断第三功率开关管S₃、开通第四功率开关管S₄，第一电感L₁和第二电感L₂电流i_L1、i_L2将通过第一续流二极管D₁和第四续流二极管D₄继续续流。电感电流i_L1、i_L2在电压（U_o-U_in）作用下线性下降，并且向第一滤波电容C₁和其上负载R₁以及第二滤波电容C₂和其上负载R₂供电。该过程直到t₃时刻关断第四功率开关管S₄、开通第三功率开关管S₃为止。

由于第一功率开关管S₁、第四所功率开关管S₄导通，所以第二功率开关管S₂漏-源极电压U_DS1和第三功率开关管S₃漏-源极电压U_DS3分别为U_ou1、U_out2，即U_o/2。

模态4:

Figure 201210119761X100002DEST_PATH_IMAGE008

（第一功率开关管S₁、第三功率开关管S₃导通，见图3、图5）

在t₃时刻，关断第四功率开关管S₄、开通第三功率开关管S₃。第一电感L₁和第二电感L₂电流i_L1、i_L2将通过第一续流二极管D₁和第三功率开关管S₃继续续流。该过程和模态2完全一致，直到t₄时刻关断第一功率开关管S₁、开通第二功率开关管S₂为止。

模态5:

Figure 201210119761X100002DEST_PATH_IMAGE010

在t₄时刻，关断第一功率开关管S₁、开通第二功率开关管S₂，进入模态1状态，从此进入下一个工作周期。

（2）电能从输出端向输入端流动

模态1:

（第一功率开关管S₁、第四功率开关管S₄导通，见图7、图8）

在该时间段内，第一功率开关管S₁、第四功率开关管S₄同时导通，加在第一电感L₁和第二电感L₂上的电压为（U_out1-U_in），在该电压作用下第一电感L₁和第二电感L₂电流i_L1、i_L2线性下降，直到t₁时刻关断第一功率开关管S₁、开通第二功率开关管S₂为止。

由于第一功率开关管S₁、第四功率开关管S₄同时导通，所以加在第二功率开关管S₂和第三功率开关管S₃漏-源极电压U_DS2、U_DS3分别为第一电容滤波C₁和第二滤波电容C₂上电压U_out1、U_out2。在稳态时，U_out1=U_out2=U_o/2，所以U_DS2、U_DS3分别输出电压二分之一。

模态2:

（第二功率开关管S₂、第四功率开关管S₄导通，见图7、图9）

在t₁时刻，关断第一功率开关管S₁、开通第二功率开关管S₂。由于电感电流不能突变，所以第一电感L₁和第二电感L₂电流i_L1、i_L2通过第二续流二极管D₂、第四功率开关管S₄进行续流。电流i_L1、i_L2在电压（U_out2-U_in）作用线性下降，并对第二滤波电容C₂放电，第二滤波电容C₂电压U_out2电压下降。该过程直到t₂时刻关断第四功率开关管S₄、开通第三功率开关管S₃为止。

由于第二功率开关管S₂和第四功率开关管S₄导通，所以第一功率开关管S₁和第三功率开关管S₃漏-源极电压U_DS1、U_DS3分别等于U_out1、U_out2即U_o/2。

模态3:

（第二功率开关管S₂、第三所功率开关管S₃导通，见图7、图10）

在t₂时刻，关断第四功率开关管S₄、开通第三功率开关管S₃。第一电感L₁和第二电感L₂电流i_L1、i_L2将通过第二续流二极管D₁和第三续流二极管D₃继续续流。电感电流i_L1、i_L2在电压U_in作用下线性上降。该过程直到t₃时刻关断第三功率开关管S₃、开通第四功率开关管S₄为止。

由于第二功率开关管S₂、第三所功率开关管S₃导通，所以第一功率开关管S₁漏-源极电压U_DS1和第四功率开关管S₄漏-源极电压U_DS4分别为U_ou1、U_out2，即U_o/2。

模态4:

在t₃时刻，关断第三功率开关管S₃、开通第四功率开关管S₄。第一电感L₁和第二电感L₂电流i_L1、i_L2将通过第二续流二极管D₂和第四功率开关管S₄继续续流。该过程和模态2完全一致，直到t₄时刻关断第二功率开关管S₂、开通第一功率开关管S₁为止。

模态5:

在t₄时刻，关断第二功率开关管S₂、开通第一功率开关管S₁，进入模态1状态，从此进入下一个工作周期。

实施例4，参照图1-2、图11-21，用实施例1所述的一种升压型双向电压平衡变换器进行原理性仿真验证。

仿真参数如下：开关频率为25kHz，第一升压电感L₁电感量和第二升压电感L₂电感量分别为100μH，第一滤波电容C₁和第二滤波电容C₂分别为560μF，输入电压为100V，输出电压U_o（U_out1+U_out2）为300V，并且第一滤波电容C₁和第二滤波电容C₂上电压U_out1=U_out2=150V。

图12、13给出注入电流i_Pulse=0A时，电能从输入端向输出端流动、负载R₁=10Ω、R₂=30Ω的仿真结果；图14、15给出注入电流i_Pulse=0A时，电能从输入端向输出端流动、负载R₁=20Ω、R₂=10Ω的仿真结果。

图16、17给出注入电流i_Pulse=20A时，电能从输出端向输入端流动、负载R₁=10Ω、R₂ =30Ω的仿真结果；图18、19给出注入电流i_Pulse=20A时，电能从输出端向输入端流动、负载R₁=20Ω、R₂=10Ω仿真结果。

图20给出注入电流i_Pulse从0A变化到20A时，电能双向流动、负载R₁=10Ω、R₂ =30Ω的仿真结果；图21给出注入电流i_Pulse从0A变化到20A时，电能双向流动、负载R₁=20Ω、R₂ =10Ω的仿真结果。

从图12-15可以看出：当电能从输入端向输出端流动时，不论是R₂大于R₁还是R₂小于R₁，输出电压U_o=300V，第一滤波电容C₁和第二滤波电容C₂上电压U_out1、U_out2分别被控制在150V；第一功率开关管S₁的驱动信号U_gs1、第二功率开关管S₂的驱动信号U_gs1、第三功率开关管S₃的驱动信号U_gs3、第四功率开关管S₄的驱动信号U_gs4以及它们的电压应力U_DS1、U_DS2、U_DS3、U_DS4最大值等于输出电压的一半；第一升压电感L₁和第二升压电感L₂电流i_L1、i_L2波形和分析是一致的。显然仿真结果和前面的分析是相同的。

从图16-19可以看出：当电能从输出端向输入端流动时，不论是R₂大于R₁还是R₂小于R₁，输出电压U_o=300V，第一滤波电容C₁和第二滤波电容C₂上电压U_out1、U_out2分别被控制在150V；第一功率开关管S₁的驱动信号U_gs1、第二功率开关管S₂的驱动信号U_gs1、第三功率开关管S₃的驱动信号U_gs3、第四功率开关管S₄的驱动信号U_gs4以及它们的电压应力U_DS1、U_DS2、U_DS3、U_DS4最大值等于输出电压的一半；第一升压电感L₁和第二升压电感L₂电流i_L1、i_L2波形和分析是一致的。

从图20、图21可以看出：当注入电流i_Pulse从0A变化到20A时，第一电感L₁和第二电感L₂的电流i_L1、i_L2方向都发生了改变，从而实现电能双向流动，并且输出电压U_o、第一滤波电容C₁上电压U_out1和第二滤波电容C₂上电压U_out2分别被控制在期望值300V、150V和150V。

显然仿真结果和前面的分析是相同的。

仿真结果表明：本发明一种升压型双向电压平衡变换器及其控制方法能够很好地实现能量双向流动、升压和输出电压平衡之功能。

Claims

1.一种升压型双向电压平衡变换器，其特征在于：

该变换器包括一个输入端直流电压源（1）、一个升压电感电路（2）、一个半桥电路（3）和一个输出滤波电路（4）；

所述输入端直流电压源（1）包括：一个输入直流电压源U_in；

所述升压电感电路（2）包括第一升压电感L₁和第二升压电感L₂，第一升压电感L₁的一端和输入直流电压源U_in的正端相连，第二升压电感L₂的一端和输入直流电压源U_in的负端相连；

所述半桥电路（3）包括第一功率开关管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和第一续流二极管D₁、第二续流二极管D₂、第三续流二极管D₃、第四续流二极管D₄，第一功率开关管S₁漏极与第一续流二极管D₁阴极相连接，其连接点为第一连接点，第一功率开关管S₁源极和第一续流二极管D₁阳极相连接，其连接点为第二连接点，第二连接点与第一升压电感L₁另一端相连接，第二功率开关管S₂漏极和第二续流二极管D₂阴极相连接，其连接点也与第二连接点相连接，第二功率开关管S₂源极和第二续流二极管D₂阳极相连接，其连接点为第三连接点，第三连接点与第三功率开关管S₃漏极和第三续流二极管D₃阴极连接处相连接，第三功率开关管S₃源极和第三续流二极管D₃阳极相连接，其连接点为第四连接点，第四连接点与第二升压电感L₂另一端相连接，第四功率开关管S₄漏极和第四续流二极管D₄阴极相连接，其连接点与第四连接点相连接，第四功率开关管S₄源极和第四续流二极管D₄阳极相连接，其连接点为第五连接点；

所述输出滤波电路（4）包括：第一滤波电容C₁、第二滤波电容C₂和中线L_N，其中第一滤波电容C₁的一端和第二滤波电容C₂的一端串联连接，其连接点分别与中线L_N和第三连接点相连接，第一滤波电容C₁的另一端与第一连接点相连接，第二滤波电容C₂的另一端相连接与第五连接点相连接；

该变换器采用PWM技术，通过输出电压外环控制器（5）和输出电压内环平衡控制器（6）进行的控制；

所述的输出电压外环控制器（5）包括电压外环调节器、电流环调节器和PWM发生器I，输出电压外环调节器的输出作为电流环调节器的输入参考值，电流环调节器的输出通过PWM发生器I生成控制第一功率开关管S₁的驱动信号U_gs1和第二功率开关管S2的驱动信号U_gs2；

所述的输出电压内环平衡控制器（6）包括电压内环调节器、功率流向比较器、PWM发生器II、PWM发生器III和逻辑运算器，电压内环调节器的输出分别与输出电压外环控制器（5）中电流环调节器的输出进行运算，其输出分别送入PWM发生器II和PWM发生器III生成驱动逻辑信号U_pgs3、U_pgs4、U_ngs3和U_ngs4，驱动逻辑信号再与功率流向比较器的输出U_p、U_n进行逻辑运算得到第三功率开关管S₃和第四功率开关管S₄的驱动信号U_gs3和U_gs4。