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      兩開關(guān)直流-直流升壓變換器的制作方法

      文檔序號(hào):7339557閱讀:121來源:國知局
      專利名稱:兩開關(guān)直流-直流升壓變換器的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及的是一種兩開關(guān)直流-直流升壓變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其控制方法,屬電力電子技術(shù)中功率變換領(lǐng)域。技術(shù)背景
      直流-直流升壓變換器在工業(yè)生活中得到了廣泛應(yīng)用,如在光伏或燃料電池并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中,需要直流-直流升壓變換器把光伏或燃料電池等直流源電壓升高至一定的等級(jí),來滿足后級(jí)并網(wǎng)逆變器的需要。常規(guī)的BOOST變換器或兩相交叉并聯(lián)BOOST變換器雖然都具有升壓功能,但它們的輸出電壓增益相對(duì)較小,當(dāng)前端直流源輸入電壓較低時(shí),盡管理論上可以通過設(shè)置更大的開關(guān)導(dǎo)通占空比來實(shí)現(xiàn)更大的輸出電壓,但這樣一方面會(huì)降低變換器的效率,另一方面當(dāng)占空比增大到某一范圍時(shí),由于功率電感和電路中其它寄生因素的影響,都會(huì)限制輸出電壓的進(jìn)一步升高,甚至出現(xiàn)輸出電壓反而下降的情況。因此研究具有更大升壓變比的新型直流-直流升壓變換器,有著重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題,提出一種兩開關(guān)直流-直流升壓變換器及其控制方法,電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單,且容易控制實(shí)現(xiàn),同時(shí)能有效減小輸入電流和輸出電壓的紋波,提高了變換器的性能。本發(fā)明的變換器與傳統(tǒng)的兩相并聯(lián)BOOST變換器相比,只增加了兩個(gè)中間儲(chǔ)能電容和一個(gè)功率二極管,即可實(shí)現(xiàn)上述的優(yōu)良工作特性。
      本發(fā)明所述的兩開關(guān)直流-直流升壓變換器如附圖1所示,其特征在于
      1) 一種兩開關(guān)直流-直流升壓變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),包括一個(gè)直流源輸入端,一個(gè)直流輸出端,第一升壓電感(Li)和第二升壓電感(L2),第一可控的功率開關(guān)管(Si)和第二可控的功率開關(guān)管(S2),第一中間儲(chǔ)能電容(Cl)和第二中間儲(chǔ)能電容(C2),三個(gè)單向整流二極管(D1,D2,D3),一個(gè)輸出濾波電容(C3),濾波電容(O)兩端的電壓即為輸出電壓,濾波電容(C3)兩端接負(fù)載,具體連接方式為直流輸入電源(Vin)的正極分別與電感(Li、L2) 連接,第一電感(Li)的另一端分別與第一開關(guān)管(Si)的漏極和二極管(Dl)的陽極相連, 第二電感(U)的另一端分別與第二開關(guān)管(S》的漏極和二極管(擬)的陰極相連,中間儲(chǔ)能電容(Cl)的一端連接到第一開關(guān)管(Si)的漏極,(Cl)的另一端連接到二極管(D2)的陽極,中間儲(chǔ)能電容(C2)的一端連接到第二開關(guān)管(S2)的漏極,(C2)的另一端連接到二極管(Dl)的陰極,二極管(D3)的陽極與二極管(Dl)的陰極連接,輸出濾波電容(C3)的一端連接到二極管(D3)的陰極,濾波電容(C3)的另一端與二極管(D2)的陽極相連,從(C3) 的兩端引出輸出端接負(fù)載,開關(guān)管(Si)和(S2)的源極同時(shí)與直流輸入電源(Vin)的負(fù)極連接。
      2)根據(jù)權(quán)利要求1所述的變換器,其特征在于中間儲(chǔ)能電容(Cl)的一端連接到第一開關(guān)管(Si)的漏極,電容(Cl)的另一端連接到二極管(D2)的陽極,二極管(D2)的陰極連接到第二開關(guān)管(S》的漏極。
      3)根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的變換器,其特征在于中間儲(chǔ)能電容(以)的一端連接到第二開關(guān)管(S2)的漏極,電容(C2)的另一端連接到二極管(Dl)的陰極和二極管(D3)的陽極。4)根據(jù)權(quán)利要求1、2、3所述的變換器,其特征在于當(dāng)采用互補(bǔ)控制兩個(gè)開關(guān)管時(shí),本發(fā)明的變換器輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為t = ^^,且D< 1,D為開關(guān)管 (Si)的導(dǎo)通占空比。5)根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4所述的變換器,其特征在于當(dāng)采用交叉移相180°控制兩個(gè)開關(guān)管時(shí),本發(fā)明的變換器輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為^· = Γ^,且0.5SD < 1,D為開關(guān)管(Si)的導(dǎo)通占空比。本發(fā)明的變換器與傳統(tǒng)的BOOST或兩相交叉并聯(lián)BOOST電路相比,具有更高的電壓增益,控制方法簡單靈活,開關(guān)管的電壓應(yīng)力低,輸入電流紋波小等優(yōu)良的特點(diǎn),非常適合于今后光伏發(fā)電,燃料電池發(fā)電等場(chǎng)合使用,具有較好的應(yīng)用和推廣前景。技術(shù)方案本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的1、如附圖1所示,本發(fā)明的一種兩開關(guān)直流-直流升壓變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),包括一個(gè)直流源輸入端,一個(gè)直流輸出端,第一升壓電感(Li)和第二升壓電感(L2),第一可控的功率開關(guān)管(Si)和第二可控的功率開關(guān)管(S2),第一中間儲(chǔ)能電容(Cl)和第二中間儲(chǔ)能電容(C2),三個(gè)單向整流二極管(D1,D2,D3),一個(gè)輸出濾波電容(C3),濾波電容(O)兩端的電壓即為輸出電壓,濾波電容(O)兩端接負(fù)載,具體連接方式為直流輸入電源(Vin)的正極分別與電感(Li、L2)連接,第一電感(Li)的另一端分別與第一開關(guān)管(Si)的漏極和二極管(Dl)的陽極相連,第二電感(U)的另一端分別與第二開關(guān)管(S》的漏極和二極管 (D2)的陰極相連,中間儲(chǔ)能電容(Cl)的一端連接到第一開關(guān)管(Si)的漏極,(Cl)的另一端連接到二極管(D2)的陽極,中間儲(chǔ)能電容(C2)的一端連接到第二開關(guān)管(S2)的漏極, (C2)的另一端連接到二極管(Dl)的陰極,二極管(D3)的陽極與二極管(Dl)的陰極連接, 輸出濾波電容(O)的一端連接到二極管(D!3)的陰極,濾波電容(O)的另一端與二極管 (D2)的陽極相連,從03)的兩端引出輸出端接負(fù)載,開關(guān)管(Si)和(S2)的源極同時(shí)與直流輸入電源(Vin)的負(fù)極連接。本發(fā)明在輸入電感(Li)、(L2)電流工作在連續(xù)狀態(tài)或臨界連續(xù)狀態(tài),當(dāng)采用互補(bǔ)控制方法時(shí),可以分為兩種工作模態(tài),下面對(duì)本發(fā)明變換器的兩種工作模態(tài)進(jìn)行詳細(xì)分析和說明工作模態(tài)1如附圖2所示,功率開關(guān)管(Si)導(dǎo)通,功率開關(guān)管(S2)關(guān)斷,此時(shí)二極管(Dl)、(D2)關(guān)斷,二極管(D3)導(dǎo)通。輸入電源電壓直接加到電感(Li)上,電感電流 iu線形增加。輸入電源與電感(L2)、中間儲(chǔ)能電容(Cl)和(C2)同時(shí)向負(fù)載端供電,此時(shí)二極管(D3)導(dǎo)通,流過電感(L2)的電流iL2線形減小,中間儲(chǔ)能電容(Cl)放電,中間儲(chǔ)能電容(C2)放電。工作模態(tài)2如附圖3所示,功率開關(guān)管(Si)關(guān)斷,功率開關(guān)管(S2)導(dǎo)通,此時(shí)二極管(Dl)、(D2)導(dǎo)通,二極管(D3)關(guān)斷。輸入電源電壓直接加到電感(L2)上,電感電流、 線形增加。電感(Li)和輸入電源一起通過二極管(Dl)向中間儲(chǔ)能電容(C2)充電,同時(shí)電感(Li)和輸入電源一起通過二極管(D2)向中間儲(chǔ)能電容(Cl)充電,電流iu線形減小,電容(O)向負(fù)載端提供能能量。有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有如下有益效果本發(fā)明的變換器具有更高的升壓變比,同時(shí)能有效降低功率開關(guān)管的電壓應(yīng)力,輸入電流和輸出電壓的紋波也能得到有效控制,且控制電路的實(shí)現(xiàn)簡單。本發(fā)明的變換器既可作為一般直流-直流變換器使用,又可用于太陽能光伏電池和燃料電池的獨(dú)立發(fā)電或并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。


      圖1是本發(fā)明的兩開關(guān)直流-直流升壓變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。圖2是采用互補(bǔ)控制時(shí)本發(fā)明的兩開關(guān)直流-直流升壓變換器工作模態(tài)1的等效電路圖。圖3是采用互補(bǔ)控制時(shí)本發(fā)明的兩開關(guān)直流-直流升壓變換器工作模態(tài)2的等效電路圖。圖4是采用互補(bǔ)控制時(shí)本發(fā)明的兩開關(guān)直流-直流升壓變換器穩(wěn)態(tài)工作時(shí)直流源輸出電流,各電感電流,輸入和輸出電壓的仿真實(shí)驗(yàn)波形圖,其中i是輸入直流源提供的輸出電流,iLl,iL2是流過電感Li,L2的電流,Vin,Vo對(duì)應(yīng)輸入電壓和輸出電壓。圖5是采用互補(bǔ)控制時(shí)本發(fā)明的兩開關(guān)直流-直流升壓變換器穩(wěn)態(tài)工作時(shí)各功率管電壓應(yīng)力的仿真實(shí)驗(yàn)波形圖,其中VD1,VD2,VD3分別對(duì)應(yīng)二極管D1,D2,D3的電壓應(yīng)力; VSl,VS2分別對(duì)應(yīng)開關(guān)管Si,S2的電壓應(yīng)力波形。
      具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施,給出了實(shí)施方式和操作過程,但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。本實(shí)施例的兩個(gè)輸入電感(Li)、(L2)在電流連續(xù)或臨界狀態(tài)下工作,采用互補(bǔ)控制時(shí)本發(fā)明的變換器有兩種工作模態(tài),下面對(duì)本實(shí)施例的兩種工作模態(tài)進(jìn)行詳細(xì)分析,進(jìn)一步推導(dǎo)本發(fā)明變換器在互補(bǔ)控制方法時(shí)的輸出與輸入電壓的變比。以下說明中,T為開關(guān)管(Si)、(S2)的開關(guān)周期,Ton為開關(guān)管(Si)在每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)導(dǎo)通的時(shí)間、1; 為開關(guān)管(Si)在每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)關(guān)斷的時(shí)間、D為功率開關(guān)管(Si) 的占空比,其中T。n = DT,Toff = (I-D)T,T。n+T。ff = Τ,由于本發(fā)明變換器的功率開關(guān)管(Si) 與(S2)工作在完全互補(bǔ)狀態(tài),所以開關(guān)管(Si)在每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)導(dǎo)通時(shí)、開關(guān)管(S2)關(guān)斷;當(dāng)開關(guān)管(Si)在每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)關(guān)斷時(shí)、開關(guān)管(S2)導(dǎo)通;工作模態(tài)1 此模態(tài)如附圖2所示,功率開關(guān)管(Si)導(dǎo)通,功率開關(guān)管(S2)關(guān)斷, 此時(shí)二極管(Dl)、(D2)關(guān)斷,二極管(D3)導(dǎo)通。輸入電源電壓直接加到電感(Li)上,電感電流iu線形增加。輸入電源與電感(L2)、中間儲(chǔ)能電容(Cl)和(C2)同時(shí)向負(fù)載端供電, 此時(shí)二極管(D3)導(dǎo)通,流過電感(L2)的電流、線形減小,中間儲(chǔ)能電容(Cl)放電,中間儲(chǔ)能電容((^)放電。該模態(tài)下的動(dòng)態(tài)特性方程為
      權(quán)利要求
      1.一種兩開關(guān)直流-直流升壓變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),包括一個(gè)直流源輸入端,一個(gè)直流輸出端,第一升壓電感(Li)和第二升壓電感(L2),第一可控的功率開關(guān)管(Si)和第二可控的功率開關(guān)管(S2),第一中間儲(chǔ)能電容(Cl)和第二中間儲(chǔ)能電容(C2),三個(gè)單向整流二極管 (D1, D2,D3),一個(gè)輸出濾波電容(C3),濾波電容(O)兩端的電壓即為輸出電壓,濾波電容 (C3)兩端接負(fù)載,具體連接方式為直流輸入電源(Vin)的正極分別與電感(L1、L2)連接, 第一電感(Li)的另一端分別與第一開關(guān)管(Si)的漏極和二極管(Dl)的陽極相連,第二電感(L2)的另一端分別與第二開關(guān)管(S2)的漏極和二極管(D2)的陰極相連,中間儲(chǔ)能電容 (Cl)的一端連接到第一開關(guān)管(Si)的漏極,(Cl)的另一端連接到二極管(D2)的陽極,中間儲(chǔ)能電容(C2)的一端連接到第二開關(guān)管(S2)的漏極,(C2)的另一端連接到二極管(Dl) 的陰極,二極管(D3)的陽極與二極管(Dl)的陰極連接,輸出濾波電容(C3)的一端連接到二極管(D3)的陰極,濾波電容(C3)的另一端與二極管(D2)的陽極相連,從(C3)的兩端引出輸出端接負(fù)載,開關(guān)管(Si)和(S2)的源極同時(shí)與直流輸入電源(Vin)的負(fù)極連接。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變換器,其特征在于中間儲(chǔ)能電容(Cl)的一端連接到第一開關(guān)管(Si)的漏極,電容(Cl)的另一端連接到二極管(D2)的陽極,二極管(D2)的陰極連接到第二開關(guān)管(S2)的漏極。
      3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的變換器,其特征是當(dāng)采用互補(bǔ)控制兩個(gè)開關(guān)管時(shí),電壓增益為^"=5^,且0<1,0為開關(guān)管(si)的導(dǎo)通占空比。
      4.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3所述的變換器,其特征是當(dāng)采用交叉移相180°控制兩個(gè)開關(guān)管時(shí),電壓增益為| = 7^,且0.5彡D< 1,D為開關(guān)管(Si)的導(dǎo)通占空比,開關(guān)管(S2) 的導(dǎo)通占空比也為D。
      全文摘要
      一種兩開關(guān)直流-直流升壓變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),具有較高升壓能力,且能有效降低各功率管的電壓應(yīng)力,屬于直流變換器技術(shù)領(lǐng)域,它包括一個(gè)直流源輸入端,一個(gè)直流輸出端,第一升壓電感L1和第二升壓電感L2,第一可控的功率開關(guān)管S1和第二可控的功率開關(guān)管S2,第一中間儲(chǔ)能電容C1和第二中間儲(chǔ)能電容C2,三個(gè)單向整流二極管D1,D2,D3,一個(gè)輸出濾波電容C3,濾波電容C3兩端的電壓即為輸出電壓,濾波電容兩端接負(fù)載。與傳統(tǒng)的單相升壓變換器或兩相交叉并聯(lián)升壓變換器相比,該變換器能夠?qū)崿F(xiàn)輸出電壓對(duì)輸入電壓的更高升壓變比,且能減小各功率開關(guān)和二極管的峰值電壓應(yīng)力,有利于實(shí)現(xiàn)較高的功率變換。
      文檔編號(hào)H02M3/155GK102510213SQ201110345099
      公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月4日
      發(fā)明者章家?guī)r, 胡雪峰, 高龍 申請(qǐng)人:安徽工業(yè)大學(xué)
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