一種四開關升降壓直流變換器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種四開關升降壓直流變換器，包括直流電壓輸入回路和直流電壓輸出回路，所述直流電壓輸入回路由輸入源、第一開關管S1和第二開關管S2構成；所述直流電壓輸出回路由第三開關管S3、第四開關管S4和負載Ro構成，所述直流電壓輸入回路和直流電壓輸出回路之間通過電感L1連接，其中，所述第一開關管S1、第二開關管S2、第三開關管S3和/或第四開關管S4的兩端并聯(lián)有續(xù)流二極管。本實用新型提供的四開關升降壓直流變換器，通過在同步整流開關管兩端并聯(lián)二極管并結合適當?shù)目刂品绞?，可以降低同步整流開關管體二極管反向恢復的影響，從而減小損耗、提高變換器的效率。
【專利說明】一種四開關升降壓直流變換器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種直流變換器，尤其涉及一種四開關升降壓直流變換器，屬于電力電子變換器【技術領域】。
【背景技術】
[0002]升降壓直流變換器在光伏發(fā)電系統(tǒng)、可再生能源供電系統(tǒng)、蓄電池充放電等電壓寬范圍變化的場合具有廣泛的應用前景。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，由于光伏電池的輸出電壓隨外界環(huán)境條件的變化存在較大范圍的波動，因此前級直流-直流變換器(光伏優(yōu)化器)需要適應寬范圍變化輸入電壓的要求。
[0003]傳統(tǒng)的單開關管升降壓直流變換器，如Buck/B00St、Flyback、SEPIC和Cuk變換器等，雖然能夠實現(xiàn)升降壓變換的功能，但它們存在諸如器件應力高、體積重量大、輸入輸出反極性等問題，限制了它們在某些場合的應用。
[0004]請參見圖1，現(xiàn)有的四開關升降壓直流變換器只使用一個電感L1，拓撲結構簡潔、功率密度高，在光伏發(fā)電等新能源系統(tǒng)中獲得較為廣泛的應用。然而，由于同步整流管體二極管的反向恢復特性較差，在開關管關斷時因體二極管的反向恢復問題會產(chǎn)生較大的電壓尖峰并會降低變換器的變換效率。此外，由于同步整流方式會大幅減小開關器件的導通損耗，從而比較適用于低壓大電流的應用場合，而在小功率、低電流情況下優(yōu)勢并不明顯。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種四開關升降壓直流變換器，能夠提高變換器的變換效率，且結構簡單，工作可靠，易于實施。
[0006]本實用新型為解決上述技術問題而采用的技術方案是提供一種四開關升降壓直流變換器，包括直流電壓輸入回路和直流電壓輸出回路，所述直流電壓輸入回路由輸入源、第一開關管S1和第二開關管S2構成；所述直流電壓輸出回路由第三開關管S3、第四開關管S4和負載R。構成，所述直流電壓輸入回路和直流電壓輸出回路之間通過電感L1連接，其中，所述第一開關管S1、第二開關管S2、第三開關管S3和/或第四開關管S4的兩端并聯(lián)有續(xù)流二極管。
[0007]上述的四開關升降壓直流變換器，其中，所述第二開關管S2的兩端并聯(lián)有第一二極管D1，所述第三開關管S3的兩端并聯(lián)有第二二極管D2 ;所述輸入源的正極連于第一開關管31的漏極，所述第一開關管S1的源極連于第二開關管S2的漏極、第一二極管D1的陰極和第一電感L1的一端，所述第一電感L1的另一端連于第三開關管S3的源極、第二二極管D2的陽極和第四開關管S4的漏極，所述第三開關管S3的漏極連于第二二極管D2的陰極和負載R0的一端，所述負載R。的另一端連于第四開關管S4的源極、第二開關管S2的源極、第一二極管D1的陽極和輸入源的負極。
[0008]上述的四開關升降壓直流變換器，其中，所述第一二極管D1和第二二極管D2為肖
特基二極管。[0009]本實用新型對比現(xiàn)有技術有如下的有益效果:本實用新型提供的四開關升降壓直流變換器，通過在開關管兩端并聯(lián)續(xù)流二極管，并根據(jù)功率大小分別工作在電感電流連續(xù)模式或電感電流斷續(xù)模式，從而大大提高變換器的變換效率，且結構簡單，工作可靠，易于實施。此外，本實用新型進一步選取肖特基二極管等反向恢復特性較好的二極管，在同步整流管關斷時，由該二極管代替開關管體二極管續(xù)流，可以極大改善體二極管的反向恢復問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是現(xiàn)有四開關升降壓直流變換器電路原理圖；
[0011]圖2是本實用新型四開關升降壓直流變換器電路原理圖；
[0012]圖3是本實用新型四開關升降壓直流變換器在二極管續(xù)流模式下的等效電路圖；
[0013]圖4是本實用新型四開關升降壓直流變換器在同步整流、Buck模式時各開關模態(tài)下的等效電路圖；
[0014]圖5是本實用新型四開關升降壓直流變換器在二極管續(xù)流、Buck模式時各開關模態(tài)下的等效電路圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖對本實用新型的技術方案進行詳細說明。
[0016]圖2是本實用新型四開關升降壓直流變換器電路原理圖。
[0017]請參見圖2，本實用新型提供的四開關升降壓直流變換器由輸入源Vin、第一開關管S1、第二開關管S2、第三開關管S3、第四開關管S4、第一二極管D1、第二二極管D2、電感L1和負載R。構成，其中，輸入源Vin的正極連于第一開關管S1的漏極，第一開關管S1的源極連于第二開關管S2的漏極、第一二極管D1的陰極和電感L1的一端，電感L1的另一端連于第三開關管S3的源極、第二二極管D2的陽極和第四開關管S4的漏極，第三開關管S3的漏極連于第二二極管D2的陰極和負載R。的一端，負載R。的另一端連于第四開關管S4的源極、第二開關管S2的源極、第一二極管D1的陽極和輸入源Vin的負極。
[0018]本實用新型提供的四開關升降壓直流變換器，其新加入的二極管分別與第二開關管S2和第三開關管S3并聯(lián)的第一二極管D1和第二二極管D2，應選取肖特基二極管等反向恢復特性較好的二極管。在同步整流管關斷時，由該二極管代替開關管體二極管續(xù)流，可以極大改善體二極管的反向恢復問題。
[0019]本實用新型還提供一種上述四開關升降壓直流變換器的控制方法，其中，包括如下步驟:當變換器功率較大、流經(jīng)第二開關管S2和第三開關管S3電流較大，超出預設閾值時，變換器工作在電感電流連續(xù)模式，所述第一開關管S1和第二開關管S2互補導通，第三開關管S3和第四開關管S4互補導通；當變換器功率較小、流經(jīng)第二開關管S2和第三開關管S3電流小于預設閾值時，變換器工作在電感電流斷續(xù)模式，保持第二開關管S2和第三開關管S3關斷，并分別通過第一二極管D1和第二二極管D2續(xù)流，以提高變換器的變換效率。
[0020]下面繼續(xù)結合附圖3?5，來說明本實用新型改進型四開關升降壓變換器的工作過程。根據(jù)控制方式的不同，分為同步整流和二極管續(xù)流兩種工作模式。
[0021]同步整流模式下，本實用新型改進型四開關升降壓變換器與傳統(tǒng)四開關升降壓變換器工作原理一致，所不同的是在同步整流開關管第二開關管S2和第三開關管S3關斷瞬間，不經(jīng)其各自的二極管續(xù)流，而是分別由外加的第一二極管D1和第二二極管D2續(xù)流。
[0022]二極管續(xù)流模式下，本實用新型改進型四開關升降壓變換器在Boost和Buck模式下的等效電路圖分別如附圖3(a)和附圖3(b)所示。
[0023]以Buck模式為例，詳細介紹變換器的工作模態(tài)，此時，第三開關管S3保持直通，第四開關管S4保持關斷，第二二極管D2被第三開關管S3短路。iu為流經(jīng)第一電感L1的電流，Cl1為第一開關管S1的占空比。
[0024](I)同步整流
[0025]當變換器功率較大、電感電流連續(xù)時，各開關橋臂上的開關管互補導通，此時第二開關管S2工作在同步整流模式。
[0026]工作模態(tài)I,如圖4(a)所示A1開通，S2關斷，iL1滿足:
【權利要求】
1.一種四開關升降壓直流變換器，包括直流電壓輸入回路和直流電壓輸出回路，所述直流電壓輸入回路由輸入源、第一開關管Si和第二開關管幻構成；所述直流電壓輸出回路由第三開關管幻、第四開關管貨和負載Tfo構成，所述直流電壓輸入回路和直流電壓輸出回路之間通過電感Zl連接，其特征在于，所述第一開關管幻、第二開關管幻、第三開關管幻和/或第四開關管S4的兩端并聯(lián)有續(xù)流二極管。
2.如權利要求1所述的四開關升降壓直流變換器，其特征在于，所述第二開關管幻的兩端并聯(lián)有第一二極管01，所述第三開關管幻的兩端并聯(lián)有第二二極管^2 ;所述輸入源的正極連于第一開關管幻的漏極，所述第一開關管幻的源極連于第二開關管幻的漏極、第一二極管的陰極和第一電感的一端，所述第一電感的另一端連于第三開關管幻的源極、第二二極管^2的陽極和第四開關管貨的漏極，所述第三開關管幻的漏極連于第二二極管^2的陰極和負載Zfo的一端，所述負載Zfo的另一端連于第四開關管5?的源極、第二開關管幻的源極、第一二極管Dl的陽極和輸入源的負極。
3.如權利要求2所述的四開關升降壓直流變換器，其特征在于，所述第一二極管M和第二二極管^2為肖特基二`極管。
【文檔編號】H02M3/10GK203457047SQ201320389115
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年6月30日 優(yōu)先權日:2013年6月30日
【發(fā)明者】孟慶遠, 姚華文, 宋美恩 申請人:常州集能易新能源技術有限公司