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(fā)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(wǎng)絡(luò)、直流電壓源和整流二極管，還包含對(duì)稱無源無損箝位電路，對(duì)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管，X型有源網(wǎng)絡(luò)包含正輸入端、負(fù)輸入端、正輸出端和負(fù)輸出端。本發(fā)明還包含針對(duì)上述自均壓雙管高增益變換器的控制方法。本發(fā)明的變換器體積小，且主功率開關(guān)管能夠在電感大小、開關(guān)管結(jié)電容、開關(guān)管開關(guān)速度不一致等情況下實(shí)現(xiàn)輸入電壓突變或占空比突變或或負(fù)載突變時(shí)的動(dòng)態(tài)均壓，抑制電路中結(jié)電容和電感的諧振，減小主功率開關(guān)管的電壓應(yīng)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(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于屬于電力電子變換器領(lǐng)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(shù)】
[0002]升壓變換器廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，如新能源發(fā)電、X光機(jī)、UPS等場(chǎng)合。傳統(tǒng)的升壓變換器電路拓?fù)錇锽oost電路，理論上Boost電路的電壓增益隨著占空比的增加而增加，然而考慮到實(shí)際電路中的等效串聯(lián)阻抗(ESR)，Boost電路的實(shí)際增益并不總是隨著占空比的增加而變大，因此其升壓能力十分有限，并不適用于高增益直流功率變換場(chǎng)合。
[0003]現(xiàn)有一種有源網(wǎng)絡(luò)變壓器，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，該變壓器與傳統(tǒng)的Boost電路相比，雖然升壓能力有所提高，但功率開關(guān)管在電感大小、開關(guān)管結(jié)電容、開關(guān)管開關(guān)速度不一致等情況下無法實(shí)現(xiàn)輸入電壓突變、占空比突變的動(dòng)態(tài)均壓，且由于存在結(jié)電容和電感的諧振，功率開關(guān)管的電壓應(yīng)力較大，影響了變壓器的變換效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述【背景技術(shù)】存在的技術(shù)問題，本發(fā)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(shí)現(xiàn)高增益、高效率的功率變換。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
一種自均壓雙管高增益變換器，包含X型有源網(wǎng)絡(luò)、直流電壓源和整流二極管，所述X型有源網(wǎng)絡(luò)包含正輸入端、負(fù)輸入端、正輸出端和負(fù)輸出端，還包含對(duì)稱無源無損箝位電路，所述對(duì)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管；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(fù)極，所述第三箝位電容的一端連接整流二極管的陰極，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管的陽極，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(wǎng)絡(luò)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管的陽極，它的負(fù)輸入端連接直流電壓源的負(fù)極，它的負(fù)輸出端連接箝位二極管的陰極。
[0006]其中，上述X型有源網(wǎng)絡(luò)包含第一電感、第二電感、第一功率開關(guān)管以及第二功率開關(guān)管，第一功率開關(guān)管的漏極作為X型有源網(wǎng)絡(luò)的正輸入端，它的源極作為X型有源網(wǎng)絡(luò)的負(fù)輸出端，第二功率開關(guān)管的漏極作為X型有源網(wǎng)絡(luò)的正輸出端，它的源極作為X型有源網(wǎng)絡(luò)的負(fù)輸入端，第一功率開關(guān)管的漏極經(jīng)第一電感與第二功率開關(guān)管的漏極連接，第二功率開關(guān)管的源極經(jīng)第二電感與第一功率開關(guān)管的源極連接。
[0007]其中，上述第一、第二功率開關(guān)管為MOS管。
[0008]其中，上述第一、第二功率開關(guān)管為IGBT管。
[0009]本發(fā)明還包含一種針對(duì)上述自均壓雙管高增益變換器的控制方法，第一功率開關(guān)管與第二功率開關(guān)管的占空比相同，且兩者相隔一個(gè)延遲時(shí)間導(dǎo)通，且該延遲時(shí)間小于一個(gè)開關(guān)周期。
[0010]采用上述技術(shù)方案帶來的有益效果是:
(1)本發(fā)明的改進(jìn)點(diǎn)在于將X型有源網(wǎng)絡(luò)與對(duì)稱無源無損箝位電路結(jié)合起來，主功率開關(guān)管能夠在電感大小、開關(guān)管結(jié)電容、開關(guān)管開關(guān)速度不一致等情況下實(shí)現(xiàn)輸入電壓突變或占空比突變或或負(fù)載突變時(shí)的動(dòng)態(tài)均壓，抑制電路中結(jié)電容和電感的諧振，減小主功率開關(guān)管的電壓應(yīng)力，提聞變換效率。另外，變換器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積??；
(2)由仿真實(shí)驗(yàn)可知，本發(fā)明的變換器在采用交錯(cuò)控制時(shí)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(jié)約成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是現(xiàn)有的一種有源網(wǎng)絡(luò)升壓變換器的電路拓?fù)鋱D。
[0012]圖2是本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0013]圖3至圖7依次為本發(fā)明在輸入電壓Vi=40V，第一、第二功率開關(guān)管占空比為0.5，負(fù)載電阻為100 Ω時(shí),第一功率開關(guān)管電壓Vs1、第二功率開關(guān)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(fā)明在輸入電壓突變、輸出負(fù)載突變以及占空比突變時(shí)，功率開關(guān)管的電壓波形圖。
[0015]圖11與圖12分別為本發(fā)明在相同容量下，同步控制和交錯(cuò)控制的輸入電流紋波圖。
[0016]圖13與圖14分別為本發(fā)明在相同容量下，同步控制和交錯(cuò)控制的輸出電壓的紋波圖。
[0017]附圖中的主要符號(hào)說明:L1:第一電感、L2:第二電感、S1:第一功率開關(guān)管、S2:第二功率開關(guān)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:整流二極管、D2:箝位二極管。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0019]如圖2所示本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)圖，一種自均壓雙管高增益變換器包含X型有源網(wǎng)絡(luò)、直流電壓源和整流二極管Dl，還包含對(duì)稱無源無損箝位電路，所述X型有源網(wǎng)絡(luò)包括第一電感L1、第二電感L2、第一功率開關(guān)管SI以及第二功率開關(guān)管S2，對(duì)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以及箝位二極管D2 ;第一電感LI的一端連接第一功率開關(guān)管SI的漏極,第一電感LI的另一端連接第二功率開關(guān)管S2的漏極，第二電感L2的一端連接第一功率開關(guān)管SI的源極，第二電感L2的另一端連接第二功率開關(guān)管S2的源極，第一功率開關(guān)管SI的漏極連接直流電壓源的正極，第二功率開關(guān)管S2的源極連接直流電壓源的負(fù)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(fù)極，整流二極管Dl的陽極連接第二功率開關(guān)管S2的漏極，整流二極管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管D2的陽極，箝位二極管D2的陰極連接第一功率開關(guān)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(fù)載電阻&的兩端分別連接整流二極管Dl的陰極以及箝位二極管D2的陽極。
[0020]在本實(shí)施例中，第一、第二功率開關(guān)管為MOS管或者IGBT管。
[0021]本發(fā)明還包括用于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(guān)管與第二功率開關(guān)管之間采用交錯(cuò)控制，第一功率開關(guān)管與第二功率開關(guān)管的占空比相同，且兩者相隔一個(gè)延遲時(shí)間導(dǎo)通，且該延遲時(shí)間小于一個(gè)開關(guān)周期。
[0022]圖3至圖7為帶有無源無損箝位電路的有源網(wǎng)絡(luò)變換器在輸入電壓\=40ν，，第一、第二功率開關(guān)管占空比為0.5，負(fù)載電阻為100 Ω時(shí)，第一功率開關(guān)管電壓Vs1、第二功率開關(guān)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(guān)管電壓Vsi，第二功率開關(guān)管電壓Vs2實(shí)現(xiàn)了很好的均壓效果，第一功率開關(guān)管電壓Vs1、第二功率開關(guān)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(shí)保留了原電路電壓增益較高的優(yōu)點(diǎn)。
[0023]圖8至圖10依次為輸入電壓突變、輸出負(fù)載突變以及占空比突變時(shí)，功率開關(guān)管的電壓波形圖。從圖中可以看到第一功率開關(guān)管電壓Vsi，第二功率開關(guān)管電壓Vs2實(shí)現(xiàn)了很好的均壓效果，可見該電路具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)功能。 [0024]圖11與圖12分別為相同容量下同步控制和交錯(cuò)控制的輸入電流紋波圖，可見，與同步控制相比，交錯(cuò)控制可以減小輸入電流的紋波，減輕輸入濾波電容的壓力，采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(cuò)控制的輸出電壓的紋波圖，可見，與同步控制相比，交錯(cuò)控制可以減小輸出電壓的紋波，減輕輸出濾波電容的壓力，采用較小容量的電容即可獲得較好的濾波效果。
[0026]以上實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種自均壓雙管高增益變換器，包含X型有源網(wǎng)絡(luò)、直流電壓源和整流二極管，所述X型有源網(wǎng)絡(luò)包含正輸入端、負(fù)輸入端、正輸出端和負(fù)輸出端，其特征在于:還包含對(duì)稱無源無損箝位電路，所述對(duì)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管；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(fù)極，所述第三箝位電容的一端連接整流二極管的陰極，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管的陽極，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(wǎng)絡(luò)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管的陽極，它的負(fù)輸入端連接直流電壓源的負(fù)極，它的負(fù)輸出端連接箝位二極管的陰極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種自均壓雙管高增益變換器，其特征在于:所述X型有源網(wǎng)絡(luò)包含第一電感、第二電感、第一功率開關(guān)管以及第二功率開關(guān)管，第一功率開關(guān)管的漏極作為X型有源網(wǎng)絡(luò)的正 輸入端，它的源極作為X型有源網(wǎng)絡(luò)的負(fù)輸出端，第二功率開關(guān)管的漏極作為X型有源網(wǎng)絡(luò)的正輸出端，它的源極作為X型有源網(wǎng)絡(luò)的負(fù)輸入端，第一功率開關(guān)管的漏極經(jīng)第一電感與第二功率開關(guān)管的漏極連接，第二功率開關(guān)管的源極經(jīng)第二電感與第一功率開關(guān)管的源極連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種自均壓雙管高增益變換器，其特征在于:所述第一、第二功率開關(guān)管為MOS管。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種自均壓雙管高增益變換器，其特征在于:所述第一、第二功率開關(guān)管為IGBT管。
5.一種針對(duì)權(quán)利要求2-5中任意一項(xiàng)所述自均壓雙管高增益變換器的控制方法，其特征在于:所述第一功率開關(guān)管與第二功率開關(guān)管的占空比相同，且兩者相隔一個(gè)延遲時(shí)間導(dǎo)通，且該延遲時(shí)間小于一個(gè)開關(guān)周期。
【文檔編號(hào)】H02M1/32GK103904892SQ201410156030
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年4月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月18日
【發(fā)明者】湯雨, 付東進(jìn), 丁潔 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)