CN103337957B - 一种低纹波四开关升降压直流变换器及其控制方法 - Google Patents

一种低纹波四开关升降压直流变换器及其控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103337957B
CN103337957B CN201310281026.3A CN201310281026A CN103337957B CN 103337957 B CN103337957 B CN 103337957B CN 201310281026 A CN201310281026 A CN 201310281026A CN 103337957 B CN103337957 B CN 103337957B
Authority
CN
China
Prior art keywords
switching tube
switch
filter capacitor
converter
ripple
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.)
Active
Application number
CN201310281026.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103337957A (zh
Inventor
姚华文
孟庆远
宋美恩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CHANGZHOU GNE NEW ENERGY TECHNOLOGY CO., LTD.
Original Assignee
NANJING GNE NEW ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NANJING GNE NEW ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd filed Critical NANJING GNE NEW ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Priority to CN201310281026.3A priority Critical patent/CN103337957B/zh
Publication of CN103337957A publication Critical patent/CN103337957A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103337957B publication Critical patent/CN103337957B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Abstract

本发明公开了一种低纹波四开关升降压直流变换器及其控制方法,包括输入源、三个滤波电容、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、两个滤波电感和负载,所述输入源的两端并联有第一滤波电容,所述负载的两端并联有第三滤波电容,所述第一开关管和第三开关管互补导通,所述第二开关管和第四开关管互补导通。本发明提供的低纹波四开关升降压直流变换器及其控制方法,所述输入源和输出之间为单级功率变换且保证电流连续,从而提高变换效率,有效降低了直流变换器输入输出端的纹波,适用于对电流纹波要求较小的场合。

Description

一种低纹波四开关升降压直流变换器及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种升降压直流变换器及其控制方法,尤其涉及一种低纹波四开关升降压直流变换器及其控制方法,属于电力电子变换器技术领域。
背景技术
升降压直流变换器在光伏发电系统、可再生能源供电系统、蓄电池充放电等电压宽范围变化的场合具有广泛的应用前景。低纹波是直流-直流变换器所关注的重要性能指标,不仅可以减小滤波器的体积和重量,还可以有效改善输入源或负载的电能质量。在光伏发电应用场合,升降压变换器通常作为前级直流变换器与光伏电池相连,低纹波可以有效保证最大功率点跟踪具有良好的性能。
传统的单开关管升降压直流变换器,如Buck/Boost、Flyback、SEPIC和Cuk变换器等,虽然能够实现升降压变换的功能,但它们存在诸如器件应力高、体积重量大、输入输出反极性等问题,限制了它们在某些场合的应用。
请参见图1,现有的四开关升降压直流变换器只使用一个电感L1,拓扑结构简洁、功率密度高,但输入和输出端的电流都断续,不满足低纹波场合的应用需求。为了实现输入输出端的低纹波,需要额外在其输入输出端增加滤波器,增加了变换器的体积、重量和成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种低纹波四开关升降压直流变换器及其控制方法,能够有效降低直流变换器输入输出端的纹波,且不需要额外增加滤波器,不会增加变换器的体积、重量和成本。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种低纹波四开关升降压直流变换器,包括输入源、第一滤波电容、第一开关管、第二开关管、第二滤波电容、第三开关管、第四开关管、第一电感、第二电感、第三滤波电容和负载,所述输入源的正极连于第一滤波电容的一端、第一开关管的漏极和第三开关管的源极,所述第三开关管的漏极连于第二滤波电容的一端和第二开关管的漏极,所述第二开关管的源极连于第四开关管的漏极和第一电感的一端,所述第四开关管的源极连于第二滤波电容的另一端、第一开关管的源极和第二电感的一端,所述第一电感的另一端连于第三滤波电容的一端和负载的一端,所述负载的另一端连于第三滤波电容的另一端、第二电感的另一端、第一滤波电容的另一端和输入源的负极。
本发明为解决上述技术问题还提供一种上述低波纹四开关升降压直流变换器的控制方法,包括如下步骤:直流升压变换时,所述第一开关管和第三开关管工作在高频开关状态且互补导通,所述第二开关管保持直通而第四开关管保持关断;直流降压变换时,所述第二开关管和第四开关管工作在高频开关状态且互补导通,所述第三开关管保持直通而第一开关管保持关断。
上述的低纹波四开关升降压直流变换器的控制方法,其中,直流升压变换时,所述第一开关管的占空比为d1,所述第二开关管的占空比为d2,所述输入源的输入电压Vin和直流输出电压V0关系如下:
上述的低纹波四开关升降压直流变换器的控制方法,其中,直流降压变换时,所述第二开关管的占空比为d2,所述输入源的输入电压Vin和直流输出电压V0关系如下:V0=d2Vin
本发明对比现有技术有如下的有益效果:本发明提供的低波纹四开关升降压直流变换器及其控制方法,所述输入源和输出之间为单级功率变换且保证电流连续,从而提高变换效率,有效降低了直流变换器输入输出端的纹波,适用于对电流纹波要求较小的场合。
附图说明
图1为现有四开关升降压直流变换器电路原理图;
图2为本发明低纹波四开关升降压直流变换器电路原理图;
图3为本发明低纹波四开关升降压直流变换器在升压和降压两种工作模式下的等效电路图;
图4为本发明低纹波四开关升降压直流变换器在升压工作模式各开关模态下的等效电路图;
图5为本发明低纹波四开关升降压直流变换器在降压工作模式各开关模态下的等效电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。
图2为本发明低纹波四开关升降压直流变换器电路原理图。
请参见图2,本发明提供的低纹波四开关升降压直流变换器,由输入源Vin、第一滤波电容C1、第一开关管S1、第二开关管S2、第二滤波电容C2、第三开关管S3、第四开关管S4、第一电感L1、第二电感L2、第三滤波电容C3和负载Ro构成,其中,输入源Vin的正极连于第一滤波电容C1的一端、第一开关管S1的漏极和第三开关管S3的源极,第三开关管S3的漏极连于第二滤波电容C2的一端和第二开关管S2的漏极,第二开关管S2的源极连于第四开关管S4的漏极和第一电感L1的一端,第四开关管S4的源极连于第二滤波电容C2的另一端、第一开关管S1的源极和第二电感L2的一端,第一电感L1的另一端连于第三滤波电容C3的一端和负载Ro的一端,负载Ro的另一端连于第三滤波电容C3的另一端、第二电感L2的另一端、第一滤波电容C1的另一端和输入源Vin的负极。
本发明提供的低纹波四开关升降压直流变换器,其控制方法如下:所述第一开关管S1和第三开关管S3互补导通,第二开关管S2和第四开关管S4互补导通,在升压模式,第一开关管S1和第三开关管S3高频开关工作,第二开关管S2保持直通而第四开关管S4保持关断;在降压模式,第二开关管S2和第四开关管S4高频开关工作,第三开关管S3保持直通而第一开关管S1保持关断。
下面结合附图3~5详细说明本发明提供的低纹波四开关升降压直流变换器的工作过程。
根据输入、输出电压大小关系,变换器可以有升压和降压两种工作模式。开关管S1、S2的占空比分别记为d1、d2,输出电压记为Vo,则在电感电流连续的情况下,变换器工作进入稳态时输入、输出电压关系为:
V o = d 2 V in 1 - d 1 - - - ( 1 )
当Vin<Vo时,变换器工作在升压模式,此时,S1、S3处于开关状态,S2一直导通,S4一直关断,其等效电路如图3(a)所示;当Vin>Vo时,变换器工作在降压模式,此时,S2、S4处于开关状态,S1一直关断,S3一直导通,其等效电路如图3(b)所示。
下面详细分析在两种工作模式下变换器的工作模态。电感L1、L2的电流分别记为iL1、iL2。假设所有电感、电容和开关管都为理想器件,忽略电容C1和C3上的电压纹波,则电容C1的电压等于输入源电压Vin,电容C3的电压等于负载两端电压Vo,且电感L2中的电流为平滑的直流。因此,对于电感L2而言,仅需要较小的电感值就可以实现输入输出电流连续。
在升压和降压模式,变换器均有两种开关模态。
(1)升压模式
工作模态1,如图4(a)所示:S1开通,S3关断,iL1、iL2满足:
di L 1 dt = V in + V c 2 - V o L 1 di L 2 dt = V in L 2 - - - ( 2 )
工作模态2,如图4(b)所示:S1关断,S3导通,iL1、iL2满足:
di L 1 dt = V in - V o L 1 di L 2 dt = V in - V c 2 L 2 - - - ( 3 )
由电感伏秒平衡原理,整理式(2~3),可以得到输入、输出电压关系:
V o = V in 1 - d 1 V c 2 = V o - - - ( 4 )
(2)降压模式
工作模态1,如图5(a)所示:S2开通,S4关断,iL1、iL2满足:
di L 1 dt = V in - V o L 1 di L 2 dt = V in - V c 2 L 2 - - - ( 5 )
工作模态2,如图5(b)所示:S2关断,S4导通,iL1、iL2满足:
di L 1 dt = V in - V c 2 - V o L 1 di L 2 dt = V in - V c 2 L 2 - - - ( 6 )
由电感伏秒平衡原理,整理式(2~3),可以得到输入、输出电压关系:
V o = d 2 V in V c 2 = V in - - - ( 7 )
由于d1和d2可以在0~1之间任意变化,因此调节S1和S2的占空比就能够适应任意的输入输出电压,满足宽范围升降压变换的应用需求。同时,变换器输入、输出电流连续,适用于对电流纹波要求较小的场合。
综上所述,本发明提供的低纹波四开关升降压直流变换器及其控制方法,所述输入源和输出之间为单级功率变换且保证电流连续,从而提高变换效率,有效降低了直流变换器输入输出端的纹波,适用于对电流纹波要求较小的场合。具体优点如下:(1)输入、输出电流均连续,可以满足光伏发电等低电流纹波应用场合需求;(2)滤波电感体积小、重量轻、成本低,变换器功率密度高;(3)可以实现宽范围升降压变换。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上,然其并非用以限定本发明,任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作些许的修改和完善,因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (4)

1.一种低纹波四开关升降压直流变换器,其特征在于,包括输入源、第一滤波电容(C1)、第一开关管(S1)、第二开关管(S2)、第二滤波电容(C2)、第三开关管(S3)、第四开关管(S4)、第一电感(L1)、第二电感(L2)、第三滤波电容(C3)和负载(Ro),所述输入源的正极连于第一滤波电容(C1)的一端、第一开关管(S1)的漏极和第三开关管(S3)的源极,所述第三开关管(S3)的漏极连于第二滤波电容(C2)的一端和第二开关管(S2)的漏极,所述第二开关管(S2)的源极连于第四开关管(S4)的漏极和第一电感(L1)的一端,所述第四开关管(S4)的源极连于第二滤波电容(C2)的另一端、第一开关管(S1)的源极和第二电感(L2)的一端,所述第一电感(L1)的另一端连于第三滤波电容(C3)的一端和负载(Ro)的一端,所述负载(Ro)的另一端连于第三滤波电容(C3)的另一端、第二电感(L2)的另一端、第一滤波电容(C1)的另一端和输入源(Vin)的负极。
2.一种如权利要求1所述的低纹波四开关升降压直流变换器的控制方法,其特征在于,包括如下步骤:
直流升压变换时,所述第一开关管(S1)和第三开关管(S3)工作在高频开关状态且互补导通,所述第二开关管(S2)保持直通而第四开关管(S4)保持关断;
直流降压变换时,所述第二开关管(S2)和第四开关管(S4)工作在高频开关状态且互补导通,所述第三开关管(S3)保持直通而第一开关管(S1)保持关断。
3.如权利要求2所述的低纹波四开关升降压直流变换器的控制方法,其特征在于,直流升压变换时,所述第一开关管(S1)的占空比为d1,所述第二开关管(S2)的占空比为d2,所述输入源的输入电压Vin和直流输出电压V0关系如下: V o = d 2 V in 1 - d 1 .
4.如权利要求2所述的低纹波四开关升降压直流变换器的控制方法,其特征在于,直流降压变换时,所述第二开关管(S2)的占空比为d2,所述输入源的输入电压Vin和直流输出电压V0关系如下:V0=d2Vin
CN201310281026.3A 2013-07-04 2013-07-04 一种低纹波四开关升降压直流变换器及其控制方法 Active CN103337957B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310281026.3A CN103337957B (zh) 2013-07-04 2013-07-04 一种低纹波四开关升降压直流变换器及其控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310281026.3A CN103337957B (zh) 2013-07-04 2013-07-04 一种低纹波四开关升降压直流变换器及其控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103337957A CN103337957A (zh) 2013-10-02
CN103337957B true CN103337957B (zh) 2015-03-25

Family

ID=49246075

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310281026.3A Active CN103337957B (zh) 2013-07-04 2013-07-04 一种低纹波四开关升降压直流变换器及其控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103337957B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110399031A (zh) * 2019-06-28 2019-11-01 武汉高德红外股份有限公司 基于集成式升降压电源芯片降低功耗的方法及板卡
CN113507228B (zh) * 2021-08-11 2022-08-30 南京信息工程大学 一种少开关、无漏电流单级升压dc/ac变换器及其控制方法
CN114362520B (zh) * 2022-01-07 2023-07-07 河源广工大协同创新研究院 一种混合电源转换器

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7365525B2 (en) * 2005-02-08 2008-04-29 Linear Technology Corporation Protection for switched step up/step down regulators
TWI353102B (en) * 2006-06-16 2011-11-21 Fujitsu Semiconductor Ltd Step-up/step-down type dc-dc converter, and contro
CN101944754A (zh) * 2010-08-09 2011-01-12 上海同异动力科技有限公司 一种直流升降压电路
TWI463778B (zh) * 2011-04-29 2014-12-01 Energy Pass Inc 電流模式直流轉換器及其直流轉換方法
CN203457048U (zh) * 2013-07-04 2014-02-26 常州集能易新能源技术有限公司 一种低纹波四开关升降压直流变换器

Also Published As

Publication number Publication date
CN103337957A (zh) 2013-10-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107517003B (zh) 一种输出浮地输入并联高增益Boost变换电路及切换方法
CN101552554B (zh) 一种级联型升降压变换器控制电路及其控制方法
CN203261235U (zh) 高增益sepic变换器
CN103560666A (zh) 具有低纹波的四开关升降压变换器及其控制方法
CN102946194A (zh) 一种高增益交错并联升压型变换器
CN204633600U (zh) 一种新型交错并联升降压斩波电路拓扑结构
CN105958816B (zh) 一种多单元二极管电容网络和耦合电感高增益直流变换器
CN102969893A (zh) 一种高增益升压型直流变换器
CN201699584U (zh) 用于太阳能分布式发电的高效率升压型变换器
EP3255771B1 (en) Bidirectional dc-dc convertor
CN101895223A (zh) 双Cuk升降压输出并联型逆变器
CN203859682U (zh) 低输入电流纹波单开关高增益变换器
CN103326566A (zh) 一种四开关升降压直流变换器及其控制方法
CN105939108A (zh) 一种开关电感型准开关升压dc-dc变换器
CN102594134A (zh) 单开关高增益boost变换器
Ravi et al. An overview of various DC-DC converter techniques used for fuel cell based applications
CN105939112A (zh) 一种高增益准开关升压dc-dc变换器
CN103490622A (zh) 一种单开关高增益升压变换器
CN105939107A (zh) 一种混合型准开关升压dc-dc变换器
CN103391001A (zh) 用于光伏逆变器mppt环节的高增益dcdc变换器
CN105490523A (zh) 一种开关准z源型升压变换器
CN106877651A (zh) 一种用于超级电容储能系统的mmc双向dcdc变换器
CN103490635B (zh) 一种改进型h桥升降压直流变换器及其控制方法
CN103337957B (zh) 一种低纹波四开关升降压直流变换器及其控制方法
CN203278632U (zh) 不断电电源供应器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: CHANGZHOU JINENG NEW ENERGY TECHNOLOGY CO., LTD.

Free format text: FORMER OWNER: NANJING JINENGYI NEW ENERGY TECHNOLOGY CO., LTD.

Effective date: 20140110

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 210019 NANJING, JIANGSU PROVINCE TO: 213300 CHANGZHOU, JIANGSU PROVINCE

TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20140110

Address after: 213300, building 210, building C, 218 Wang Kou Road, Zhongguancun science and Technology Industrial Park, Jiangsu, Jiangsu, Changzhou, Liyang

Applicant after: CHANGZHOU GNE NEW ENERGY TECHNOLOGY CO., LTD.

Address before: 1, building three, building 69, 210019 Olympic Sports Avenue, Jianye District, Jiangsu, Nanjing

Applicant before: Nanjing Jinengyi New Energy Technology Co., Ltd.

C53 Correction of patent for invention or patent application
CB02 Change of applicant information

Address after: 213300, building 210, building C, 218 Wang Kou Road, Zhongguancun science and Technology Industrial Park, Jiangsu, Jiangsu, Changzhou, Liyang

Applicant after: NANJING GNE NEW ENERGY TECHNOLOGY CO., LTD.

Address before: 213300, building 210, building C, 218 Wang Kou Road, Zhongguancun science and Technology Industrial Park, Jiangsu, Jiangsu, Changzhou, Liyang

Applicant before: CHANGZHOU GNE NEW ENERGY TECHNOLOGY CO., LTD.

COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: APPLICANT; FROM: CHANGZHOU JINENG NEW ENERGY TECHNOLOGY CO., LTD. TO: JIANGSU JINENGYI NEWENERGY TECHNOLOGY CO., LTD.

C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant