CN105553283A - 一种升压型直直变换器的控制方法 - Google Patents

一种升压型直直变换器的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公布了一种升压型直直变换器的控制方法，属直直变换器控制方法。本发明的升压型变换器包括输入电源，第一滤波电感，隔直电容，中间电容，全桥开关电路，隔离变压器，全桥整流电路和滤波电路；该升压型直直变换器的全桥开关电路的对管同时导通关断，同一桥臂的开关管互补导通关断，隔直电容足够大且电压随输入电压的变化而变化。本发明适用于宽输入电压的场合，其输入电流和输出电流的纹波小，有利于延长输入电源的使用寿命，解决了传统电压源变换器二极管电压应力高的问题，解决了电流源变换器开关管电压应力高和输出电流脉动大的问题，减小了滤波电感的重量和体积，减小了开关管的电压应力，减小了二极管的电压应力。

Description

一种升压型直直变换器的控制方法
技术领域
本发明涉及一种变换器的控制方法，尤其是一种升压型直直变换器的控制方法。
背景技术
近年来，能源的短缺和环境的污染已经成为世界的焦点，可再生能源的发展和应用受到世界各国的广泛关注。在可再生能源发电系统中，光伏电池发出的电能都是电压较低且变化范围宽的直流电，而向电网送电需要电压较高的直流电，因此需要直流变换器把低压宽变化范围的直流电转换为适合并网的高电压直流电。在清洁能源电动汽车领域中，往往需要将燃料电池或蓄电池提供的低压且宽范围变化的直流电转换为较高电压的直流电，如380V。在宽输入电压范围的场合，传统电压源直流变换器存在输入电流脉动大和输出整流二极管电压应力高的问题，而传统电流源直流变换器存在输出电流脉动大和开关管电压应力高的问题。此外，现有集成升压功能的直直变换器虽然输入输出电流脉动小，但输出整流二极管的电压应力仍然很高。因此研究新型适合宽输入的直流变换器来满足后级并网逆变器的需要，有着重要的理论意义和应用价值。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中变换器的缺点，提出一种开关管电压应力小、二极管电压应力低、适合低压宽输入的升压型直直变换器，并基于该变换器提出了一种控制方法。
本发明的升压型直直变换器的控制方法，包括输入电源Uin、第一滤波电感L1、隔直电容C1、中间电容C2、全桥开关电路1、隔离变压器T、全桥整流电路2和滤波电路3，其中全桥开关电路1包括第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3和第四开关管S4，全桥整流电路2包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4，滤波电路3包括第二滤波电感L2和滤波电容Cf；具体拓扑结构为：输入电源Uin的正极连接第一滤波电感L1的一端，输入电源Uin的负极分别连接中间电容C2的负端、第二开关管S2的一端和第四开关管S4的一端构成全桥开关电路1的负端，中间电容C2的正端分别连接第一开关管S1的一端和第三开关管S3的一端构成全桥开关电路1的正端，第一滤波电感L1的另一端分别连接第一开关管S1的另一端、第二开关管S2的另一端和隔直电容C1的一端，隔直电容C1的另一端连接隔离变压器T原边绕组NP的同名端，隔离变压器T原边绕组NP的异名端连接第三开关管S3的另一端和的第四开关管S4的另一端，隔离变压器T副边绕组NS的同名端连接第一二极管D1的阳极和第二二极管D2的阴极，隔离变压器T副边绕组NS的异名端连接第三二极管D3的阳极和第四二极管D4的阴极；第一二极管D1的阴极连接第三二极管D3的阴极构成全桥整流电路2的正端，第二二极管D2的阳极连接第四二极管D4的阳极构成全桥整流电路2的负端；第二滤波电感L2的一端连接全桥整流电路2的正端，第二滤波电感L2的另一端连接滤波电容Cf的一端，滤波电容Cf的另一端连接全桥整流电路2的负端；第一～第四开关管均具有反并联二极管。该直直变换器通过第一～第四开关管的接通和关断，在隔直电容C1和中间电容C2分别产生第一调节电压UC1和第二调节电压UC2，所述第一调节电压UC1和第二调节电压UC2共同作用，达到稳定输出电压Uo的目的；
开关管控制逻辑如下：第一开关管S1和第四开关管S4同时导通和关断；第二开关管S2和第三开关管S3同时导通和关断；第一开关管S1和第二开关管S2互补导通关断；第三开关管S3和第四开关管S4互补导通关断。
第一～第四开关元件为IGBT或MOSFET。输入电源Uin为蓄电池、燃料电池或光伏电池中的一种。第一～第四二极管为碳化硅二极管或快恢复二极管。隔直电容C1为无极性电容。
本发明的升压型直直变换器适用于宽输入电压的场合，其输入电流和输出电流的纹波小，有利于延长输入电源的使用寿命，解决了传统电压源变换器二极管电压应力高的问题，解决了电流源变换器开关管电压应力高和输出电流脉动大的问题，减小了滤波电感的重量和体积，减小了开关管的电压应力，减小了二极管的电压应力。
附图说明
图1：本发明的升压型直直变换器的拓扑结构图。
具体实施方式
由图1可知，本申请的升压型直直变换器包括输入电源Uin、第一滤波电感L1、隔直电容C1、中间电容C2、全桥开关电路1、隔离变压器T、全桥整流电路2和滤波电路3，其中全桥开关电路1包括第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3和第四开关管S4，全桥整流电路2包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4，滤波电路3包括第二滤波电感L2和滤波电容Cf；具体拓扑结构为：输入电源Uin的正极连接第一滤波电感L1的一端，输入电源Uin的负极分别连接中间电容C2的负端、第二开关管S2的一端和第四开关管S4的一端构成全桥开关电路1的负端，中间电容C2的正端分别连接第一开关管S1的一端和第三开关管S3的一端构成全桥开关电路1的正端，第一滤波电感L1的另一端分别连接第一开关管S1的另一端、第二开关管S2的另一端和隔直电容C1的一端，隔直电容C1的另一端连接隔离变压器T原边绕组NP的同名端，隔离变压器T原边绕组NP的异名端连接第三开关管S3的另一端和的第四开关管S4的另一端，隔离变压器T副边绕组NS的同名端连接第一二极管D1的阳极和第二二极管D2的阴极，隔离变压器T副边绕组NS的异名端连接第三二极管D3的阳极和第四二极管D4的阴极；第一二极管D1的阴极连接第三二极管D3的阴极构成全桥整流电路2的正端，第二二极管D2的阳极连接第四二极管D4的阳极构成全桥整流电路2的负端；第二滤波电感L2的一端连接全桥整流电路2的正端，第二滤波电感L2的另一端连接滤波电容Cf的一端，滤波电容Cf的另一端连接全桥整流电路2的负端；第一～第四开关管均具有反并联二极管。
本申请的升压型直直变换器通过第一～第四开关管的接通和关断，在隔直电容C1和中间电容C2分别产生第一调节电压UC1和第二调节电压UC2，所述第一调节电压UC1和第二调节电压UC2共同作用，达到稳定输出电压Uo的目的。
开关管控制逻辑如下：第一开关管S1和第四开关管S4同时导通和关断；第二开关管S2和第三开关管S3同时导通和关断；第一开关管S1和第二开关管S2互补导通关断；第三开关管S3和第四开关管S4互补导通关断。
第一～第四开关元件为IGBT或MOSFET。输入电源Uin为蓄电池、燃料电池或光伏电池中的一种。第一～第四二极管为碳化硅二极管或快恢复二极管。隔直电容C1为无极性电容。
假设各变压器的副原边匝数比n相同，本申请的升压型直直变换器输入输出电压关系为
Uo＝4dnUin
式中，d为开关管S2的占空比，即导通时间ton/开关周期fs。
该升压型直直变换器存在两种工作模态，下面对各开关模态的工作情况进行具体分析。
在分析之前，作如下假设：①所有开关管和二极管均为理想器件，不考虑开关时间，导通压降；②所有电感、电容均为理想元件；③隔直电容C1和中间电容C2足够大。
1.开关模态1
开关管S1和S4开通，其它开关管关断，因此，二极管D1和D4导通，其它二极管断开，电感电流iL上升。此模态中，
2.开关模态2
开关管S1和S4关断，开关管S2和S3开通，因此，二极管D2和D3导通，其它二极管断开，电感电流iL下降。此模态中，UAB＝2Uin。

Claims (5)

1.一种升压型直直变换器的控制方法，包括输入电源Uin、第一滤波电感L1、隔直电容C1、中间电容C2、全桥开关电路1、隔离变压器T、全桥整流电路2和滤波电路3，其中全桥开关电路1包括第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3和第四开关管S4，全桥整流电路2包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4，滤波电路3包括第二滤波电感L2和滤波电容Cf；具体拓扑结构为：输入电源Uin的正极连接第一滤波电感L1的一端，输入电压Uin的负极分别连接中间电容C2的负端、第二开关管S2的一端和第四开关管S4的一端构成全桥开关电路1的负端，中间电容C2的正端分别连接第一开关管S1的一端和第三开关管S3的一端构成全桥开关电路1的正端，第一滤波电感L1的另一端分别连接第一开关管S1的另一端、第二开关管S2的另一端和隔直电容C1的一端，隔直电容C1的另一端连接隔离变压器T原边绕组NP1的同名端，隔离变压器T原边绕组NP的异名端连接第三开关管S3的另一端和的第四开关管S4的另一端，隔离变压器T副边绕组NS的同名端连接第一二极管D1的阳极和第二二极管D2的阴极，隔离变压器T副边绕组NS的异名端连接第三二极管D2的阳极和第四二极管D4的阴极；第一二极管D1的阴极连接第三二极管D3的阴极构成全桥整流电路2的正端，第二二极管D2的阳极连接第四二极管D4的阳极构成全桥整流电路2的负端；第二滤波电感L2的一端连接全桥整流电路2的正端，第二滤波电感L2的另一端连接滤波电容Cf的一端，滤波电容Cf的另一端连接全桥整流电路2的负端；第一～第四开关管均具有反并联二极管。该直直变换器通过第一～第四开关管的接通和关断，在隔直电容C1和中间电容C2分别产生第一调节电压UC1和第二调节电压UC2，所述第一调节电压UC1和第二调节电压UC2共同作用，达到稳定输出电压Uo的目的。
开关管控制逻辑如下：第一开关管S1和第四开关管S4同时导通和关断；第二开关管S2和第三开关管S3同时导通和关断；第一开关管S1和第二开关管S2互补导通关断；第三开关管S3和第四开关管S4互补导通关断。
2.根据权利要求1所述的升压型直直变换器，所述第一～第四开关元件为IGBT或MOSFET。
3.根据权利要求1所述的升压型直直变换器，所述输入电源Uin为蓄电池、燃料电池或光伏电池中的一种。
4.根据权利要求1所述的升压型直直变换器，所述第一～第四二极管为碳化硅二极管或快恢复二极管。
5.根据权利要求1所述的升压型直直变换器，所述隔直电容C1为无极性电容。
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