CN106877679B - 隔离型双向升降压变换器及工作方法 - Google Patents

隔离型双向升降压变换器及工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种隔离型双向升降压变换器及工作方法，包括：第一场效应管漏极连接高压侧第一端，第一场效应管源极连接变压器第一端，变压器第二端连接输入电压的第二端，变压器第三端分别连接第二场效应管源极和第三场效应管漏极，第二场效应管漏极连接电容一端，电容另一端分别连接第三场效应管源极和输出的第二端，变压器第四端连接输出的第一端。为了实现输入输出的电气隔离，所提出的高降压比变换器采用变压器来实现能量传输。开关器件实现软开关技术，减少了开关损耗，提高变换效率。

Description

隔离型双向升降压变换器及工作方法
技术领域
本发明涉及电力电子领域，尤其涉及一种隔离型双向升降压变换器及工作方法。
背景技术
双向DC-DC变换器实现了能量的双向传输，在功能上相当于两个单向DC/DC变换器，是典型的“一机两用”设备。在需要能量双向流动的应用场合可以大幅缩减系统的体积重量以及成本。现已被广泛应用于UPS系统、航天电源系统、电动汽车驱动以及分布式电源系统中。提高变换器的效率、提高输入输出电压变比和减少器件数量是本技术领域的重点和难点；现有的中等功率等级的双向DC/DC变换器结构较为复杂，器件数量较多。
图1是已有的降压电路。该电路能够实现较高降压，但由于该电路用的是耦合电感进行能量的传送，并没有达到输入输出电气隔离的效果。这就亟需本领域技术人员解决相应的技术问题。
图2是已有的隔离型降压电路。该电路由两个非对称半桥构成，能够实现输入输出端的电气隔离，但是其电压变比只和变压器匝比有关，在电路搭建好后，其电压变比较低且不能改变，控制不灵活。同时该电路只能通过移相控制技术来调节电路功率，控制算法复杂。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种隔离型双向升降压变换器及工作方法。
为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种隔离型双向升降压变换器，包括：第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、电容、变压器；
第一场效应管漏极连接高压侧第一端，第一场效应管源极连接变压器第一端，变压器第二端连接输入电压的第二端，变压器第三端分别连接第二场效应管源极和第三场效应管漏极，第二场效应管漏极连接电容一端，电容另一端分别连接第三场效应管源极和输出的第二端，变压器第四端连接输出的第一端。
所述的隔离型双向升降压变换器，优选的，还包括：第一滤波电容、第二滤波电容；
输入侧第一端和输入侧第二端连接第一滤波电容，输出侧第一端和输出侧第二端连接第二滤波电容。
上述技术方案的有益效果为：通过第一滤波电容和第二滤波电容对电路信号进行滤波处理。
本发明还公开一种隔离型双向升降压变换器饿工作方法，包括如下步骤：
S1，根据能量传输的状态，通过控制第一场效应管、第二场效应管和第三场效应管的导通和关断进行降压控制，获取较高的电压变比；
上述技术方案的有益效果为：通过选择变压器作为能量传输器件，能够实现较高的电压变比，同时避免了控制信号占空比取极限值，进而保证电路稳定工作。
所述的隔离型双向升降压变换器的工作方法，优选的，所述S1中降压模式包括：
第一阶段t0-t1时刻，第一场效应管导通，第二场效应管和第三场效应管关断，iQ1从零开始正向增大，iN2和iQ为零，当第一场效应管关断，该阶段结束，其中iQ1为第一场效应管电流值，iN2变压器二次侧电流值，iQ3第三场效应管电流值，iN1变压器一次侧电流值；
第二阶段t1-t2时刻，第一场效应管和第三场效应管保持关断，第二场效应管导通，iQ1变为零，iN2正向增大，当第二场效应管时，该阶段结束，
第三阶段t2-t3时刻，第一场效应管和第二场效应管关断，第三场效应管导通。iQ2变为零，iN2正向减小。当开关管Q1开通时，该阶段结束，其中iQ2为第二场效应管电流值；
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
为了实现输入输出的电气隔离，所提出的隔离型高降压比变换器器采用反激式变压器来实现能量传输。该电路能够在使用较少的器件情况下实现较高的双向变压比，同时，部分开关器件实现软开关技术，减少了开关损耗，提高变换效率。该电路采用的变压器将输入输出完全隔离，从而减小了输入输出端之间的干扰，提高了变换器的可靠性。该电路的电压变比其值不仅与变压器匝比N有关，还与PWM控制信号占空比D相关，故其变比可调，便于控制。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是现有技术中电路示意图；
图2是现有技术中电路示意图；
图3为本发明隔离型高降压比变换器；
图4A-4C为本发明降压模式工作状态示意图；
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
图4A-4C为本发明降压模式工作状态示意图；
如图3所示，该隔离高降压比变换器，包括：第一场效应管、第二场效应管和第三场效应管、电容和变压器；
第一场效应管漏极连接高压侧第一端，第一场效应管源极连接变压器第一端，变压器第二端连接输入电压的第二端，变压器第三端分别连接第二场效应管源极和第三场效应管漏极，第二场效应管漏极连接电容一端，电容另一端分别连接第三场效应管源极和输出的第二端，变压器第四端连接输出的第一端。
所述的隔离型双向升降压变换器，优选的，还包括：第一滤波电容、第二滤波电容；
高压侧第一端和高压侧第二端连接第一滤波电容，低压侧第一端和低压侧第二端连接第二滤波电容。
在降压模式下，电路工作分为3个阶段，分别为t0-t1，t1-t2，t2-t3。
第一阶段t0-t1时刻，第一场效应管导通，第二场效应管和第三场效应管关断，iQ1从零开始正向增大，iN2和iQ为零，当第一场效应管关断，该阶段结束，其中iQ1为第一场效应管电流值，iN2变压器二次侧电流值，iQ3第三场效应管电流值，iN1变压器一次侧电流值；
第二阶段t1-t2时刻，第一场效应管和第三场效应管保持关断，第二场效应管导通，iQ1变为零，iN2正向增大，当第二场效应管时，该阶段结束，
第三阶段t2-t3时刻，第一场效应管和第二场效应管关断，第三场效应管导通。iQ2变为零，iN2正向减小。当开关管Q1开通时，该阶段结束，其中iQ2为第二场效应管电流值；
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (1)

1.一种隔离型双向升降压变换器，其特征在于，包括：第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、电容和变压器；
第一场效应管漏极连接高压侧正极，第一场效应管源极连接变压器原边同名端，变压器原边异名端连接输入电压的负极，变压器副边同名端分别连接第二场效应管源极和第三场效应管漏极，第二场效应管漏极连接电容一端，电容另一端分别连接第三场效应管源极和输出电压的第二端，变压器副边异名端连接输出电压的第一端；
还包括：第一滤波电容、第二滤波电容；
输入侧第一端和输入侧第二端连接第一滤波电容，输出侧第一端和输出侧第二端连接第二滤波电容；
该变换器包括如下步骤：
S1，根据能量传输的状态，通过控制第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管和第四场效应管的导通和关断进行降压控制，获取降压模式的电压变比；
所述S1中降压模式包括：
第一阶段t0-t1时刻，第一场效应管导通，第二场效应管和第三场效应管关断， i Q1 从零开始正向增大，i N2 和i Q2 为零，当第一场效应管关断，该阶段结束，其中i Q1 为第一场效应管电流值，i N2 变压器二次侧电流值，i Q3 第三场效应管电流值，i Q2 为第二场效应管电流值，i N1 变压器一次侧电流值；
第二阶段t1-t2时刻，第一场效应管和第三场效应管保持关断，第二场效应管导通，i Q1 变为零，i N2 正向增大，当第二场效应管关断时，该阶段结束，
第三阶段t2-t3时刻，第一场效应管和第二场效应管关断，第三场效应管导通，i Q2 变为零，i N2 正向减小，当第一场效应管Q1开通时，该阶段结束，其中i Q2 为第二场效应管电流值。
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