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

-种升压型直直变换器的控制方法
技术领域
[0001] 本发明设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
[0002] 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
[0003] 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。
[0004] 本发明的升压型直直变换器的控制方法,包括输入电源化n、第一滤波电感^、隔直 电容Cl、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Si、第二开关管S2、第=开关管S3和第四开关管S4,全桥整流电路 2包括第一二极管化、第二二极管化、第=二极管化和第四二极管〇4,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:输入电源化n的正极连接第一滤波电感^的一端, 输入电源化n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Sl的一端和第=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^的另一端分别连接第一开关管Sl的 另一端、第二开关管S2的另一端和隔直电容Cl的一端,隔直电容Cl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=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副边绕组化的同名端连接第一二极管化的阳极和第二 二极管化的阴极,隔离变压器T副边绕组化的异名端连接第=二极管化的阳极和第四二极管 〇4的阴极;第一二极管化的阴极连接第=二极管化的阴极构成全桥整流电路2的正端,第二 二极管化的阳极连接第四二极管〇4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Cl和中间电容C2分别产生第一调节 电压化谢第二调节电压化2,所述第一调节电压此谢第二调节电压帖共同作用,达到稳定输 出电压U。的目的;
[0005] 开关管控制逻辑如下:第一开关管Si和第四开关管S4同时导通和关断;第二开关管 S2和第=开关管S3同时导通和关断;第一开关管Si和第二开关管S2互补导通关断;第=开关 管S3和第四开关管S4互补导通关断。
[0006] 第一~第四开关元件为IGBT或M0SFET。输入电源化n为蓄电池、燃料电池或光伏电 池中的一种。第一~第四二极管为碳化娃二极管或快恢复二极管。隔直电容Cl为无极性电 容。
[0007] 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
[000引图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
[0009] 由图1可知,本申请的升压型直直变换器包括输入电源化n、第一滤波电感^、隔直 电容Cl、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Si、第二开关管S2、第=开关管S3和第四开关管S4,全桥整流电路 2包括第一二极管化、第二二极管化、第=二极管化和第四二极管〇4,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:输入电源化n的正极连接第一滤波电感^的一端, 输入电源化n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Sl的一端和第=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^的另一端分别连接第一开关管Sl的 另一端、第二开关管S2的另一端和隔直电容Cl的一端,隔直电容Cl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=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副边绕组化的同名端连接第一二极管化的阳极和第二 二极管化的阴极,隔离变压器T副边绕组化的异名端连接第=二极管化的阳极和第四二极管 〇4的阴极;第一二极管化的阴极连接第=二极管化的阴极构成全桥整流电路2的正端,第二 二极管化的阳极连接第四二极管〇4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。
[0010] 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Cl 和中间电容C2分别产生第一调节电压Uci和第二调节电压化2,所述第一调节电压Uci和第二 调节电压化洪同作用,达到稳定输出电压U。的目的。
[0011] 开关管控制逻辑如下:第一开关管Si和第四开关管S4同时导通和关断;第二开关管 S2和第=开关管S3同时导通和关断;第一开关管Sl和第二开关管S2互补导通关断;第=开关 管S3和第四开关管S4互补导通关断。
[0012]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~第四二极管为碳化娃二极管或快恢复二极管。隔直电容Cl为无极性电 容。
[0013] 假设各变压器的副原边应数比n相同,本申请的升压型直直变换器输入输出电压 关系为
[0014] U〇 = 4dnUin
[001引式中,d为开关管S2的占空比,即导通时间ton/开关周期fs。
[0016] 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。
[0017] 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Cl和中间电容C2足够大。
[001引1.开关模态1
[0019] 开关管Si和S4开通,其它开关管关断,因此,二极管化和D4导通,其它二极管断开, 电感电流iL上升。此模态中:
Figure CN105553283AD00051
[0020] 2.开关模态2
[0021] 开关管Si和S4关断,开关管S2和S3开通,因此,二极管化和化导通,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1^、隔直电容&、 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3 1、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Di、第二二极管D 2、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 L 2和滤波电容C f ;具体拓扑结构为:输入电源U i η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Si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1^的另一端分别连接第一开关管5 1的另一 端、第二开关管s2的另一端和隔直电容Ci的一端,隔直电容α的另一端连接隔离变压器T原 边绕组1^的同名端,隔离变压器Τ原边绕组Ν Ρ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Τ副边绕组Ns的同名端连接第一二极管0:的阳极和第二二 极管D 2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Di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L 2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Q和中间电容C 2分别产生第一调节电 压Uci和第二调节电压UC2,所述第一调节电压U C1和第二调节电压UC2共同作用,达到稳定输出 电压U。的目的。 开关管控制逻辑如下:第一开关管Si和第四开关管S4同时导通和关断;第二开关管 第三开关管S3同时导通和关断;第一开关管Si和第二开关管&互补导通关断;第三开关管& 和第四开关管S 4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〇
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&为无极性电容。
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