一種自均壓雙管高增益變換器及其控制方法
2023-05-26 22:40:46 2
一種自均壓雙管高增益變換器及其控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種自均壓雙管高增益變換器，該變換器包含包含X型有源網絡、直流電壓源和整流二極體，還包含對稱無源無損箝位電路，對稱無源無損箝位電路包含第一箝位電容、第二箝位電容、第三箝位電容、第四箝位電容以及箝位二極體，X型有源網絡包含正輸入端、負輸入端、正輸出端和負輸出端。本發明還包含針對上述自均壓雙管高增益變換器的控制方法。本發明的變換器體積小，且主功率開關管能夠在電感大小、開關管結電容、開關管開關速度不一致等情況下實現輸入電壓突變或佔空比突變或或負載突變時的動態均壓，抑制電路中結電容和電感的諧振，減小主功率開關管的電壓應力，提高變換效率。
【專利說明】一種自均壓雙管高增益變換器及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於屬於電力電子變換器領域，特別涉及了一種自均壓雙管高增益變換器及其控制方法。
【背景技術】
[0002]升壓變換器廣泛應用於工業領域，如新能源發電、X光機、UPS等場合。傳統的升壓變換器電路拓撲為Boost電路，理論上Boost電路的電壓增益隨著佔空比的增加而增加，然而考慮到實際電路中的等效串聯阻抗(ESR)，Boost電路的實際增益並不總是隨著佔空比的增加而變大，因此其升壓能力十分有限，並不適用於高增益直流功率變換場合。
[0003]現有一種有源網絡變壓器，其拓撲結構如圖1所示，該變壓器與傳統的Boost電路相比，雖然升壓能力有所提高，但功率開關管在電感大小、開關管結電容、開關管開關速度不一致等情況下無法實現輸入電壓突變、佔空比突變的動態均壓，且由於存在結電容和電感的諧振，功率開關管的電壓應力較大，影響了變壓器的變換效率。
【發明內容】
[0004]為了解決上述【背景技術】存在的技術問題，本發明旨在提供一種自均壓雙管高增益變換器及其控制方法，實現高增益、高效率的功率變換。
[0005]為了實現上述技術目的，本發明的技術方案為:
一種自均壓雙管高增益變換器，包含X型有源網絡、直流電壓源和整流二極體，所述X型有源網絡包含正輸入端、負輸入端、正輸出端和負輸出端，還包含對稱無源無損箝位電路，所述對稱無源無損箝位電路包含第一箝位電容、第二箝位電容、第三箝位電容、第四箝位電容以及箝位二極體；所述第一箝位電容的一端連接直流電壓源的正極，它的另一端連接第二箝位電容的一端，第二箝位電容的另一端連接直流電壓源的負極，所述第三箝位電容的一端連接整流二極體的陰極，它的另一端連接第四箝位電容的一端，第四箝位電容的另一端連接箝位二極體的陽極，第一箝位電容與第二箝位電容的公共端連接第三箝位電容與第四箝位電容的公共端，所述X型有源網絡的正輸入端連接直流電壓源的正極，它的正輸出端連接整流二極體的陽極，它的負輸入端連接直流電壓源的負極，它的負輸出端連接箝位二極體的陰極。
[0006]其中，上述X型有源網絡包含第一電感、第二電感、第一功率開關管以及第二功率開關管，第一功率開關管的漏極作為X型有源網絡的正輸入端，它的源極作為X型有源網絡的負輸出端，第二功率開關管的漏極作為X型有源網絡的正輸出端，它的源極作為X型有源網絡的負輸入端，第一功率開關管的漏極經第一電感與第二功率開關管的漏極連接，第二功率開關管的源極經第二電感與第一功率開關管的源極連接。
[0007]其中，上述第一、第二功率開關管為MOS管。
[0008]其中，上述第一、第二功率開關管為IGBT管。
[0009]本發明還包含一種針對上述自均壓雙管高增益變換器的控制方法，第一功率開關管與第二功率開關管的佔空比相同，且兩者相隔一個延遲時間導通，且該延遲時間小於一個開關周期。
[0010]採用上述技術方案帶來的有益效果是:
(1)本發明的改進點在於將X型有源網絡與對稱無源無損箝位電路結合起來，主功率開關管能夠在電感大小、開關管結電容、開關管開關速度不一致等情況下實現輸入電壓突變或佔空比突變或或負載突變時的動態均壓，抑制電路中結電容和電感的諧振，減小主功率開關管的電壓應力，提聞變換效率。另外，變換器結構簡單，體積小；
(2)由仿真實驗可知，本發明的變換器在採用交錯控制時能夠減小輸入輸出電流紋波，使得輸入輸出電容容量減小，節約成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是現有的一種有源網絡升壓變換器的電路拓撲圖。
[0012]圖2是本發明的電路結構圖。
[0013]圖3至圖7依次為本發明在輸入電壓Vi=40V，第一、第二功率開關管佔空比為0.5，負載電阻為100 Ω時,第一功率開關管電壓Vs1、第二功率開關管電壓Vs2、第一電感電流iu、第二電感電流輸出電壓V。的波形圖。
[0014]圖8至圖10依次為本發明在輸入電壓突變、輸出負載突變以及佔空比突變時，功率開關管的電壓波形圖。
[0015]圖11與圖12分別為本發明在相同容量下，同步控制和交錯控制的輸入電流紋波圖。
[0016]圖13與圖14分別為本發明在相同容量下，同步控制和交錯控制的輸出電壓的紋波圖。
[0017]附圖中的主要符號說明:L1:第一電感、L2:第二電感、S1:第一功率開關管、S2:第二功率開關管、Cl:第一箝位電容、C2:第二箝位電容、C3:第三箝位電容、C4:第四箝位電容、Dl:整流二極體、D2:箝位二極體。
【具體實施方式】
[0018]以下將結合附圖，對本發明的技術方案進行詳細說明。
[0019]如圖2所示本發明的電路結構圖，一種自均壓雙管高增益變換器包含X型有源網絡、直流電壓源和整流二極體Dl，還包含對稱無源無損箝位電路，所述X型有源網絡包括第一電感L1、第二電感L2、第一功率開關管SI以及第二功率開關管S2，對稱無源無損箝位電路包含第一箝位電容Cl、第二箝位電容C2、第三箝位電容C3、第四箝位電容C4以及箝位二極體D2 ;第一電感LI的一端連接第一功率開關管SI的漏極,第一電感LI的另一端連接第二功率開關管S2的漏極，第二電感L2的一端連接第一功率開關管SI的源極，第二電感L2的另一端連接第二功率開關管S2的源極，第一功率開關管SI的漏極連接直流電壓源的正極，第二功率開關管S2的源極連接直流電壓源的負極；第一箝位電容Cl的一端連接直流電壓源的正極，第一箝位電容Cl的另一端連接第二箝位電容C2的一端,第二箝位電容C2的另一端連接直流電壓源的負極，整流二極體Dl的陽極連接第二功率開關管S2的漏極，整流二極體Dl的陰極連接第三箝位電容C3的一端，第三箝位電容C3的另一端連接第四箝位電容C4的一端，第四箝位電容的另一端連接箝位二極體D2的陽極，箝位二極體D2的陰極連接第一功率開關管SI的源極，第一箝位電容Cl與第二箝位電容C2的公共端連接第三箝位電容C3與第四箝位電容C4的公共端。負載電阻&的兩端分別連接整流二極體Dl的陰極以及箝位二極體D2的陽極。
[0020]在本實施例中，第一、第二功率開關管為MOS管或者IGBT管。
[0021]本發明還包括用於控制上述一種自均壓雙管高增益變換器的方法，所述第一功率開關管與第二功率開關管之間採用交錯控制，第一功率開關管與第二功率開關管的佔空比相同，且兩者相隔一個延遲時間導通，且該延遲時間小於一個開關周期。
[0022]圖3至圖7為帶有無源無損箝位電路的有源網絡變換器在輸入電壓\=40ν，，第一、第二功率開關管佔空比為0.5，負載電阻為100 Ω時，第一功率開關管電壓Vs1、第二功率開關管電壓Vs2、第一電感電流iu、第二電感電流輸出電壓V。的波形圖。從圖中可以看到第一功率開關管電壓Vsi，第二功率開關管電壓Vs2實現了很好的均壓效果，第一功率開關管電壓Vs1、第二功率開關管電壓Vs2、第一電感電流iu、第二電感電流^也不存在諧振，同時保留了原電路電壓增益較高的優點。
[0023]圖8至圖10依次為輸入電壓突變、輸出負載突變以及佔空比突變時，功率開關管的電壓波形圖。從圖中可以看到第一功率開關管電壓Vsi，第二功率開關管電壓Vs2實現了很好的均壓效果，可見該電路具有良好的動態響應功能。 [0024]圖11與圖12分別為相同容量下同步控制和交錯控制的輸入電流紋波圖，可見，與同步控制相比，交錯控制可以減小輸入電流的紋波，減輕輸入濾波電容的壓力，採用較小容量的電容即可獲得較好的濾波效果。
[0025]圖13與圖14分別為相同容量下同步控制和交錯控制的輸出電壓的紋波圖，可見，與同步控制相比，交錯控制可以減小輸出電壓的紋波，減輕輸出濾波電容的壓力，採用較小容量的電容即可獲得較好的濾波效果。
[0026]以上實施例僅為說明本發明的技術思想，不能以此限定本發明的保護範圍，凡是按照本發明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發明保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種自均壓雙管高增益變換器，包含X型有源網絡、直流電壓源和整流二極體，所述X型有源網絡包含正輸入端、負輸入端、正輸出端和負輸出端，其特徵在於:還包含對稱無源無損箝位電路，所述對稱無源無損箝位電路包含第一箝位電容、第二箝位電容、第三箝位電容、第四箝位電容以及箝位二極體；所述第一箝位電容的一端連接直流電壓源的正極，它的另一端連接第二箝位電容的一端，第二箝位電容的另一端連接直流電壓源的負極，所述第三箝位電容的一端連接整流二極體的陰極，它的另一端連接第四箝位電容的一端，第四箝位電容的另一端連接箝位二極體的陽極，第一箝位電容與第二箝位電容的公共端連接第三箝位電容與第四箝位電容的公共端，所述X型有源網絡的正輸入端連接直流電壓源的正極，它的正輸出端連接整流二極體的陽極，它的負輸入端連接直流電壓源的負極，它的負輸出端連接箝位二極體的陰極。
2.根據權利要求1所述一種自均壓雙管高增益變換器，其特徵在於:所述X型有源網絡包含第一電感、第二電感、第一功率開關管以及第二功率開關管，第一功率開關管的漏極作為X型有源網絡的正 輸入端，它的源極作為X型有源網絡的負輸出端，第二功率開關管的漏極作為X型有源網絡的正輸出端，它的源極作為X型有源網絡的負輸入端，第一功率開關管的漏極經第一電感與第二功率開關管的漏極連接，第二功率開關管的源極經第二電感與第一功率開關管的源極連接。
3.根據權利要求2所述一種自均壓雙管高增益變換器，其特徵在於:所述第一、第二功率開關管為MOS管。
4.根據權利要求2所述一種自均壓雙管高增益變換器，其特徵在於:所述第一、第二功率開關管為IGBT管。
5.一種針對權利要求2-5中任意一項所述自均壓雙管高增益變換器的控制方法，其特徵在於:所述第一功率開關管與第二功率開關管的佔空比相同，且兩者相隔一個延遲時間導通，且該延遲時間小於一個開關周期。
【文檔編號】H02M1/32GK103904892SQ201410156030
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月18日 優先權日:2014年4月18日
【發明者】湯雨, 付東進, 丁潔 申請人:南京航空航天大學