專利名稱：一種基于移相控制的非隔離型變流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力變流技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于移相控制的非隔離型變流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
近年來，能源的短缺和環(huán)境的污染已經(jīng)成為世界的焦點，可再生能源的發(fā)展和應(yīng)用受到世界各國的廣泛關(guān)注。在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中，許多可再生能源發(fā)出的電能都是電壓較低的直流電，而向電網(wǎng)送電需要電壓較高的直流電，因此需要直流-直流變換器把低電壓直流電轉(zhuǎn)換為適合并網(wǎng)的高電壓直流電，所以低輸入紋波、高增益、高效率的變換器在可再生能源并網(wǎng)發(fā)電領(lǐng)域里有著重要的作用；同時有些用電負(fù)載的工作電壓較低，也需要直流-直流變換器把高電壓直流電轉(zhuǎn)換為適合用電負(fù)載的低電壓直流電。

傳統(tǒng)的BUCK變流器如圖I所示，其結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用廣泛，但該變流器的功率開關(guān)管工作于硬開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)損耗與功率開關(guān)管的電壓應(yīng)力均較大，且在高降壓比的應(yīng)用場合下，輸入側(cè)電流波動較大，輸出側(cè)使用較大的串聯(lián)電感則進(jìn)一步增加了成本與體積并降低了效率。傳統(tǒng)的反激電路如圖2所示，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可通過變壓器變比可以實現(xiàn)高降壓比，但所有功率的傳遞均需經(jīng)過磁芯，在一定程度上增加了變流器體積、并帶來了一定的電磁干擾問題。近年來相繼出現(xiàn)了一些開關(guān)電容型變流器，這類變換器在均壓型開關(guān)電容型變換器拓?fù)涞幕A(chǔ)上，增加有諧振移相電路實現(xiàn)功率開關(guān)管的軟開關(guān)；其典型的諧振式開關(guān)電容變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有零電流開關(guān)的優(yōu)點，但諧振式開關(guān)電容變流器的輸出電壓由電路具體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)決定，無法通過占空比來控制輸出電壓，局限了變流器輸出電壓的可調(diào)范圍，且能量無法雙向流動。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)缺陷，本發(fā)明提供了一種基于移相控制的非隔離型變流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其應(yīng)用，壓降比高，結(jié)構(gòu)簡單，效率高，且輸出電壓可調(diào)。—種基于移相控制的非隔離型變流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括一開關(guān)電容電路和一變壓電路；所述的開關(guān)電容電路由兩個開關(guān)管S1 S2、一個高壓電容C1、一個諧振電容(；和一個諧振電感L組成；其中，開關(guān)管S1的輸入端與高壓電容C1的一端相連,開關(guān)管S1的輸出端與開關(guān)管S2的輸入端和諧振電感L的一端相連,開關(guān)管S2的輸出端與高壓電容C1的另一端相連，諧振電感L的另一端與諧振電容(；的一端相連，諧振電容(；的另一端與變壓電路相連；所述的變壓電路由兩個開關(guān)管S3 S4、一個高壓電容C2和一個濾波電感Lf組成；其中，開關(guān)管S3的輸入端與高壓電容C2的一端和開關(guān)電容電路中高壓電容C1的另一端相連，開關(guān)管S3的輸出端與開關(guān)管S4的輸入端、濾波電感Lf的一端和開關(guān)電容電路中諧振電容C1^的另一端相連,開關(guān)管S4的輸出端與高壓電容C2的另一端相連；所述的開關(guān)管的控制端接收外部設(shè)備提供的控制信號。高壓電容C1的一端和高壓電容C2的另一端構(gòu)成高壓側(cè)，濾波電感Lf的另一端和高壓電容C2的另一端構(gòu)成低壓側(cè)；當(dāng)高壓側(cè)作為輸入低壓側(cè)作為輸出時，所述的濾波電感Lf的另一端與高壓電容C2的另一端之間連接有輸出電容Ctjut。所述的開關(guān)管S1接收的控制信號與開關(guān)管S2接收的控制信號相位互補(bǔ)且存在死區(qū)間隔；開關(guān)管S3接收的控制信號與開關(guān)管S4接收的控制信號相位互補(bǔ)且存在死區(qū)間隔； 開關(guān)管S1接收的控制信號與開關(guān)管S3接收的控制信號占空比相同且存在移相角。優(yōu)選地，所述的開關(guān)管為MOS管；M0S管開關(guān)頻率高，器件自帶反并二極管，使用MOS管構(gòu)建的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)體積更小，功率密度高。本發(fā)明變流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的原理為通過控制開關(guān)管S1的控制信號與開關(guān)管S3的控制信號的移相角來實現(xiàn)高壓電容均衡和功率流向控制；當(dāng)移相角為0時，高壓電容C1和高壓電容C2之間不傳輸能量，電壓均衡；當(dāng)移相角大于0時(S1優(yōu)先于S3導(dǎo)通)，C1向C2傳輸能量，系統(tǒng)從高壓側(cè)向低壓側(cè)傳輸能量；當(dāng)移相角小于0時(S1滯后于S3導(dǎo)通)，C2向C1傳輸能量，系統(tǒng)從低壓側(cè)向高壓側(cè)傳輸能量。當(dāng)高壓側(cè)向低壓側(cè)傳輸功率時，由電容C2、開關(guān)管S3和S4、濾波電感Lf和輸出電容Cwt組成一個BUCK電路，調(diào)整移相角，可以使C2上電壓為高壓側(cè)輸入電壓的一半，低壓側(cè)輸出電壓為C2上電壓與S1控制信號的占空比D的乘積。當(dāng)?shù)蛪簜?cè)向高壓側(cè)傳輸功率時，電容C2、開關(guān)管S3和S4和濾波電感Lf組成一個BOOST電路，C2上電壓為低壓側(cè)輸入電壓除以占空比D，調(diào)整移相角，可以使高壓側(cè)的輸出電壓為電容C2電壓的兩倍。一種基于移相控制的非隔離型變流器，包括n個開關(guān)電容電路和一變壓電路，n個開關(guān)電容電路依次級聯(lián)而成，n為大于I的自然數(shù)；所述的開關(guān)電容電路由兩個開關(guān)管S1 S2、一個高壓電容C1、一個諧振電容(；和一個諧振電感L組成；其中，開關(guān)管S1的輸入端與高壓電容C1的一端相連且為開關(guān)電容電路的第一輸入端，開關(guān)管S1的輸出端與開關(guān)管S2的輸入端和諧振電感k的一端相連且為開關(guān)電容電路的第二輸入端，開關(guān)管S2的輸出端與高壓電容C1的另一端相連且為開關(guān)電容電路的第一輸出端，諧振電感L的另一端與諧振電容C1^的一端相連,諧振電容C1^的另一端為開關(guān)電容電路的第二輸出端；第i-1開關(guān)電容電路的第一輸出端與第i開關(guān)電容電路的第一輸入端相連，第i-1開關(guān)電容電路的第二輸出端與第i開關(guān)電容電路的第二輸入端相連，i為自然數(shù)且2彡i彡n ;所述的變壓電路由兩個開關(guān)管S3 S4、一個高壓電容C2和一個濾波電感Lf組成；其中，開關(guān)管S3的輸入端與高壓電容C2的一端和第n開關(guān)電容電路的第一輸出端相連,開關(guān)管S3的輸出端與開關(guān)管S4的輸入端、濾波電感Lf的一端和第n開關(guān)電容電路的第二輸出端相連，開關(guān)管S4的輸出端與高壓電容C2的另一端相連；所述的開關(guān)管的控制端接收外部設(shè)備提供的控制信號。第I開關(guān)電容電路的第一輸入端和高壓電容C2的另一端構(gòu)成高壓側(cè)，濾波電感Lf的另一端和高壓電容C2的另一端構(gòu)成低壓側(cè)；當(dāng)高壓側(cè)作為輸入低壓側(cè)作為輸出時，所述的濾波電感Lf的另一端與高壓電容C2的另一端之間連接有輸出電容Ctjut。所述的開關(guān)管S1接收的控制信號與開關(guān)管S2接收的控制信號相位互補(bǔ)且存在死區(qū)間隔；開關(guān)管S3接收的控制信號與開關(guān)管S4接收的控制信號相位互補(bǔ)且存在死區(qū)間隔；開關(guān)管S1接收的控制信號與開關(guān)管S3接收的控制信號占空比相同且存在移相角。本發(fā)明變流器的原理為通過控制開關(guān)管S1的控制信號與開關(guān)管S3的控制信號的移相角來實現(xiàn)高壓電容均衡和功率流向控制；當(dāng)移相角為0時，各高壓電容之間不傳輸能量，系統(tǒng)也不傳輸能量； 當(dāng)移相角大于0時(第i-1開關(guān)電容電路中S1優(yōu)先于第i開關(guān)電容電路中S1導(dǎo)通，第5開關(guān)電容電路中S1優(yōu)先于S3導(dǎo)通)，第i-1開關(guān)電容電路中C1向第i開關(guān)電容電路中C1傳輸能量,第5開關(guān)電容電路中C1向C2傳輸能量,系統(tǒng)從高壓側(cè)向低壓側(cè)傳輸能量；當(dāng)移相角小于0時(第i-1開關(guān)電容電路中S1滯后于第i開關(guān)電容電路中S1導(dǎo)通，第5開關(guān)電容電路中S1滯后于S3導(dǎo)通)，第i開關(guān)電容電路中C1向第i-1開關(guān)電容電路中C1傳輸能量,C2向第5開關(guān)電容電路中C1傳輸能量,系統(tǒng)從低壓側(cè)向高壓側(cè)傳輸能量。當(dāng)聞壓側(cè)向低壓側(cè)傳輸功率時，由電容C2、開關(guān)管S3和S4、濾波電感Lf和輸出電容Cout組成一個BUCK電路，調(diào)整移相角，可以使各高壓電容均壓且為高壓側(cè)輸入電壓的I/n+1，低壓側(cè)輸出電壓為C2上電壓與S1控制信號的占空比D的乘積，系統(tǒng)變比為D/n+1。當(dāng)?shù)蛪簜?cè)向高壓側(cè)傳輸功率時，電容C2、開關(guān)管s3和S4和濾波電感Lf組成一個BOOST電路，C2上電壓為低壓側(cè)輸入電壓除以占空比D，調(diào)整移相角，可以使各高壓電容均壓，且高壓側(cè)的輸出電壓為電容C2電壓的n+1倍，系統(tǒng)變比為n+1/D。本發(fā)明變流結(jié)構(gòu)通過對變壓電路與開關(guān)電容電路之間移相角的控制，實現(xiàn)了能量流動方向及高壓側(cè)各電容電壓平衡的控制；通過對電路中上開關(guān)管占空比的控制，實現(xiàn)了輸出電壓寬范圍的調(diào)節(jié)；同時利用開關(guān)管的寄生電容可實現(xiàn)各開關(guān)管的零電壓關(guān)斷；利用諧振電路移相控制的方法，可實現(xiàn)各開關(guān)管的零電壓開通。本發(fā)明變流器利用多組開關(guān)電容電路級聯(lián)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了變換器的更高降壓比輸出，降低各器件電壓應(yīng)力，利用變壓電路進(jìn)一步提高變換器的降壓比，降低電壓應(yīng)力，并實現(xiàn)輸出電壓可調(diào)。


圖I為傳統(tǒng)BUCK變流電路的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為傳統(tǒng)反激式變流電路的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為諧振式開關(guān)電容變流電路的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明變流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的示意圖。圖5為本發(fā)明變流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)降壓模式時的工作波形圖。圖6為本發(fā)明變流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)升壓模式時的工作波形圖。圖7為本發(fā)明變流器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式為了更為具體地描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及具體實施方式
對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖4所示，一種基于移相控制的非隔離型變流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括一開關(guān)電容電路和一變壓電路；開關(guān)電容電路由兩個開關(guān)管S1 S2、一個高壓電容C1、一個諧振電容C1^和一個諧振電感L組成；其中，開關(guān)管S1的輸入端與高壓電容C1的一端相連,開關(guān)管S1的輸出端與開關(guān)管S2的輸入端和諧振電感L的一端相連,開關(guān)管S2的輸出端與高壓電容C1的另一端相連，諧振電感L的另一端與諧振電容(；的一端相連，諧振電容(；的另一端與變壓電路相連；變壓電路由兩個開關(guān)管S3 S4、一個高壓電容C2、一輸出電容Crat和一個濾波電感 Lf組成；其中，開關(guān)管S3的輸入端與高壓電容C2的一端和開關(guān)電容電路中高壓電容C1的另一端相連，開關(guān)管S3的輸出端與開關(guān)管S4的輸入端、濾波電感Lf的一端和開關(guān)電容電路中諧振電容C1^的另一端相連,開關(guān)管S4的輸出端與高壓電容C2的另一端相連；濾波電感1^的另一端與高壓電容C2的另一端之間連接有輸出電容Ctjut。高壓電容C1的一端和高壓電容C2的另一端構(gòu)成高壓側(cè)并外接高壓電源或高壓負(fù)載，濾波電感Lf的另一端和高壓電容C2的另一端構(gòu)成低壓側(cè)并外接低壓電源或低壓負(fù)載。開關(guān)管的控制端接收外部設(shè)備提供的控制信號；本實施方式中，開關(guān)管S1接收的控制信號與開關(guān)管&接收的控制信號相位互補(bǔ)且存在死區(qū)間隔；開關(guān)管&接收的控制信號與開關(guān)管34接收的控制信號相位互補(bǔ)且存在死區(qū)間隔；開關(guān)管S1接收的控制信號與開關(guān)管S3接收的控制信號占空比相同且存在移相角。本實施方式由于需要上電自然均壓，故C1 = C2,開關(guān)管采用N型MOS管且各開關(guān)管參數(shù)基本相同。當(dāng)移相角為0時，諧振電感L電流為0，Cp C2之間不傳輸能量，電壓均衡；當(dāng)移相角大于0時(S1優(yōu)先于S3),如圖5所不,C1向C2傳輸能量,系統(tǒng)從高壓側(cè)向低壓側(cè)傳輸能量，電容C2、開關(guān)管S3和S4、濾波電感Lf和輸出電容Ctjut組成一個BUCK電路，調(diào)整移相角，可以使C2上電壓為高壓側(cè)輸入電壓的一半，低壓側(cè)輸出電壓為C2上電壓與占空比D的乘積；系統(tǒng)工作狀態(tài)如下階段I (Vt1) S:、S2死區(qū)，S1的寄生電容放電，S2的寄生電容充電；S4導(dǎo)通，Lf給低壓側(cè)釋放能量。S2關(guān)斷后，諧振電感L向SpS2接點灌電流，由于S2的寄生電容存在，故流經(jīng)S2的電流為零，電壓緩慢上升至VC1，實現(xiàn)軟關(guān)斷。階段2 (Vt2)SpS4導(dǎo)通，高壓側(cè)開始給(；充電。S2的寄生電容電壓上升至Va后，S1的寄生反并二極管導(dǎo)通，其漏源電壓為0，此時打開開關(guān)管S1,即實現(xiàn)零電壓開通。階段3(t2_t3)Si、S4導(dǎo)通，高壓側(cè)給(；充電，(；電流變?yōu)檎?，S1正向?qū)?。階段4(t3_t4)S3、S4死區(qū)，S3的寄生電容放電，S4的寄生電容充電。S4關(guān)斷后，諧振電感L向s3、s4接點灌電流，由于S4的寄生電容存在，故流經(jīng)S4的電流為零，電壓緩慢上升至Ve2，實現(xiàn)軟關(guān)斷。階段5 (t4-t5) Sp S3導(dǎo)通，Cr開始吸收C1的能量，其電流較大，Cp C2間孤島吸收電荷。S4的寄生電容電壓上升至Vc2后，S3的寄生反并二極管導(dǎo)通，其漏源電壓為0，此時打開開關(guān)管S3，即實現(xiàn)零電壓開通。階段6 (t5-t6) Sp S3導(dǎo)通，Cr繼續(xù)吸收C1的能量，其電流減小，Cp C2間孤島放出電荷，S3正向?qū)?。階段7 (Vt7)SpS2死區(qū)，S2的寄生電容放電，S1的寄生電容充電。S1關(guān)斷后，諧振電感L WSpS2接點吸電流，由于S1的寄生電容存在，故流經(jīng)S1的電流為零，電壓緩慢上升至Ve2，實現(xiàn)軟關(guān)斷。階段8(t7_t8)S2、S3導(dǎo)通，(；開始釋放能量。S1的寄生電容電壓上升至Va后，S2的寄生反并二極管導(dǎo)通，其漏源電壓為0，此時打開開關(guān)管S2，即實現(xiàn)零電壓開通。階段9 (t8-t9) S2、S3導(dǎo)通，Cr繼續(xù)釋放能量，Cr電流變?yōu)樨?fù)，S2正向?qū)?。階段10(t9_t1(l)S3、S4死區(qū)，S4的寄生電容放電，S3的寄生電容充電。S3關(guān)斷后，諧 振電感kWs3、s4接點吸電流，由于S3的寄生電容存在，故流經(jīng)S3的電流為零，電壓緩慢上升至Ve2，實現(xiàn)軟關(guān)斷。階段11 (t1(|-tn)S2、S4導(dǎo)通，Cr給C2釋放能量。S3的寄生電容電壓上升至Vc2后，S4的寄生反并二極管導(dǎo)通，其漏源電壓為0，此時打開開關(guān)管S4,即實現(xiàn)零電壓開通；當(dāng)移相角小于0時(S1滯后于S3),如圖6所不，C2向C1傳輸能量,系統(tǒng)從低壓側(cè)向高壓側(cè)傳輸能量，電容C2、開關(guān)管S3和S4和濾波電感Lf組成一個BOOST電路(撤掉輸出電容Ctjut), C2上電壓為低壓側(cè)輸入電壓除以占空比D，調(diào)整移相角，可以使高壓側(cè)的輸出電壓為電容C2電壓的兩倍；系統(tǒng)工作狀態(tài)如下階段I (Vt1)SyS4死區(qū)，S3的寄生電容放電，S4的寄生電容充電。S4關(guān)斷后，諧振電感L向s3、s4接點灌電流，由于S4的寄生電容存在，故流經(jīng)S4的電流為零，電壓緩慢上升至Ve2，實現(xiàn)軟關(guān)斷。階段2(trt2)S2、S3導(dǎo)通，(；開始釋放能量給Lr。S4的寄生電容電壓上升至Vc2后，S3的寄生反并二極管導(dǎo)通，其漏源電壓為0，此時打開開關(guān)管S3,即實現(xiàn)零電壓開通。階段3 (t2-t3) S2、S3導(dǎo)通，Cr繼續(xù)釋放能量，Cr電流變?yōu)樨?fù)，S3正向?qū)?。階段4(t3-t4)Si、S2死區(qū)，S1的寄生電容放電，S2的寄生電容充電。S2關(guān)斷后，諧振電感L向SpS2接點灌電流，由于S2的寄生電容存在，故流經(jīng)S2的電流為零，電壓緩慢上升至Va，實現(xiàn)軟關(guān)斷。階段5 (t4-t5) Sp S3導(dǎo)通，Cr給C1釋放能量，Lf電流較大，C1, C2間孤島吸收電荷。S2的寄生電容電壓上升至Va后，寄生反并二極管導(dǎo)通，其漏源電壓為0，此時打開開關(guān)管S1，即實現(xiàn)零電壓開通。階段6 (t5-t6) Sp S3導(dǎo)通，Cr繼續(xù)給C1釋放能量，Lf電流減小，C1^C2間孤島放出電荷。階段7(t6_t7)S3、S4死區(qū)，S4的寄生電容放電，S3的寄生電容充電。S3關(guān)斷后，諧振電感LWs3、s4接點吸電流，由于S3的寄生電容存在，故流經(jīng)S3的電流為零，電壓緩慢上升至Ve2，實現(xiàn)軟關(guān)斷。階段S(Vt8)SpS4導(dǎo)通，高壓側(cè)將給Cr充電。S3的寄生電容電壓上升至Vc2后，S4的寄生反并二極管導(dǎo)通，其漏源電壓為0，此時打開開關(guān)管S4，即實現(xiàn)零電壓開通。階段9 (Vt9)Sp S4導(dǎo)通，高壓側(cè)給(；充電，(；電流變?yōu)檎?，S4正向?qū)?。階段I(KtiTtici)SpS2死區(qū)，S2的寄生電容放電，S1的寄生電容充電。S1關(guān)斷后，諧振電感L WSpS2接點吸電流，由于S1的寄生電容存在，故流經(jīng)S1的電流為零，電壓緩慢上升至Ve2，實現(xiàn)軟關(guān)斷。
階段ll(t1(|-tn)S2、S4導(dǎo)通，(；吸收C2的能量。S1的寄生電容電壓上升至Vci后，S2的寄生反并二極管導(dǎo)通，其漏源電壓為0，此時打開開關(guān)管S2，即實現(xiàn)零電壓開通。為了提高壓降比，根據(jù)上述實例中的變流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，拓展開關(guān)電容電路的級數(shù)；如圖7所示，一種基于移相控制的非隔離型變流器，包括n個開關(guān)電容電路和一變壓電路，n個開關(guān)電容電路依次級聯(lián)而成，本實施方式中n = 5 ;開關(guān)電容電路由兩個開關(guān)管S1 S2、一個高壓電容C1、一個諧振電容C1^和一個諧振電感L組成；其中，開關(guān)管S1的輸入端與高壓電容C1的一端相連且為開關(guān)電容電路的第一輸入端，開關(guān)管S1的輸出端與開關(guān)管S2的輸入端和諧振電感L的一端相連且為開關(guān)電容電路的第二輸入端，開關(guān)管S2的輸出端與高壓電容C1的另一端相連且為開關(guān)電容電路的第一輸出端，諧振電感L的另一端與諧振電容C1^的一端相連,諧振電容C1^的另一端為開關(guān)電容電路的第二輸出端；

第i-1開關(guān)電容電路的第一輸出端與第i開關(guān)電容電路的第一輸入端相連，第i-1開關(guān)電容電路的第二輸出端與第i開關(guān)電容電路的第二輸入端相連，i為自然數(shù)且2彡i彡5 ;變壓電路由兩個開關(guān)管S3 S4、一個輸出電容Ctjut —個高壓電容C2和一個濾波電感Lf的組成；其中，開關(guān)管S3的輸入端與高壓電容C2的一端和第5開關(guān)電容電路的第一輸出端相連，開關(guān)管S3的輸出端與開關(guān)管S4的輸入端、濾波電感Lf的一端和第5開關(guān)電容電路的第二輸出端相連，開關(guān)管S4的輸出端與高壓電容C2的另一端相連；濾波電感Lf的另一端與高壓電容C2的另一端之間連接有輸出電容(；ut。第I開關(guān)電容電路的第一輸入端和高壓電容C2的另一端構(gòu)成高壓側(cè)并外接高壓電源或高壓負(fù)載，濾波電感Lf的另一端和高壓電容C2的另一端構(gòu)成低壓側(cè)并外接低壓電源或低壓負(fù)載；開關(guān)管的控制端接收外部設(shè)備提供的控制信號；開關(guān)管S1接收的控制信號與開關(guān)管S2接收的控制信號相位互補(bǔ)且存在死區(qū)間隔；開關(guān)管S3接收的控制信號與開關(guān)管S4接收的控制信號相位互補(bǔ)且存在死區(qū)間隔；開關(guān)管S1接收的控制信號與開關(guān)管S3接收的控制信號占空比相同且存在移相角。本實施方式由于需要上電自然均壓，故C1 = C2,開關(guān)管采用N型MOS管且各開關(guān)管參數(shù)基本相同。類似于前面所述的采用一級開關(guān)電容電路結(jié)合變壓電路的變流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的工作原理當(dāng)移相角為0時，諧振電感k電流為零，各高壓電容間不傳輸能量，系統(tǒng)不傳輸能量；當(dāng)移相角大于0時(第i-1開關(guān)電容電路中S1優(yōu)先于第i開關(guān)電容電路中S1導(dǎo)通，第5開關(guān)電容電路中S1優(yōu)先于S3導(dǎo)通)，第i-1開關(guān)電容電路中C1向第i開關(guān)電容電路中C1傳輸能量,第5開關(guān)電容電路中C1向C2傳輸能量,系統(tǒng)從高壓側(cè)向低壓側(cè)傳輸能量；由電容C2、開關(guān)管S3和S4、濾波電感Lf和輸出電容Ctjut組成一個BUCK電路，調(diào)整移相角，可以使各高壓電容均壓且為高壓側(cè)輸入電壓的1/6，低壓側(cè)輸出電壓為C2上電壓與S1控制信號的占空比D的乘積，此時低壓側(cè)負(fù)載從C2和第五級諧振電容(；上吸取能量，而C2和第五級諧振電容(；從第五級高壓電容C1和第四級諧振電容(；上吸取能量，以此類推，系統(tǒng)變比為 D/6 ；當(dāng)移相角小于0時(第i-1開關(guān)電容電路中S1滯后于第i開關(guān)電容電路中S1導(dǎo)通，第5開關(guān)電容電路中S1滯后于S3導(dǎo)通)，第i開關(guān)電容電路中C1向第i-1開關(guān)電容電路中C1傳輸能量,C2向第5開關(guān)電容電路中C1傳輸能量,系統(tǒng)從低壓側(cè)向高壓側(cè)傳輸能量；由電容C2、開關(guān)管S3和S4和濾波電感Lf組成一個BOOST電路(撤掉輸出電容Cwt)，C2上電壓為低壓側(cè)輸入電壓除以占空比D，調(diào)整移相角，可以使各高壓電容均壓，且高壓側(cè)的輸出電壓為電容C2電壓的6倍，此 時高壓側(cè)負(fù)載從第一級高壓電容C1上吸取能量，低壓側(cè)電源給C2和第五級諧振電容(；儲能，第五級高壓電容C1和第四級諧振電容(；吸取C2和第五級諧振電容(；上的能量，以此類推，系統(tǒng)變比為6/D。
權(quán)利要求
1.一種基于移相控制的非隔離型變流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于包括一開關(guān)電容電路和一變壓電路； 所述的開關(guān)電容電路由兩個開關(guān)管S1 S2、一個高壓電容C1、一個諧振電容C1^和一個諧振電感L組成；其中，開關(guān)管S1的輸入端與高壓電容C1的一端相連,開關(guān)管S1的輸出端與開關(guān)管S2的輸入端和諧振電 感L的一端相連,開關(guān)管S2的輸出端與高壓電容C1的另一端相連，諧振電感L的另一端與諧振電容(；的一端相連，諧振電容(；的另一端與變壓電路相連； 所述的變壓電路由兩個開關(guān)管S3 S4、一個高壓電容C2和一個濾波電感Lf組成；其中，開關(guān)管S3的輸入端與高壓電容C2的一端和開關(guān)電容電路中高壓電容C1的另一端相連，開關(guān)管S3的輸出端與開關(guān)管S4的輸入端、濾波電感Lf的一端和開關(guān)電容電路中諧振電容Cr的另一端相連，開關(guān)管S4的輸出端與高壓電容C2的另一端相連； 所述的開關(guān)管的控制端接收外部設(shè)備提供的控制信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于移相控制的非隔離型變流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于當(dāng)高壓側(cè)作為輸入低壓側(cè)作為輸出時，所述的濾波電感Lf的另一端與高壓電容C2的另一端之間連接有輸出電容Ctjut。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于移相控制的非隔離型變流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于所述的開關(guān)管31接收的控制信號與開關(guān)管&接收的控制信號相位互補(bǔ)且存在死區(qū)間隔；開關(guān)管S3接收的控制信號與開關(guān)管S4接收的控制信號相位互補(bǔ)且存在死區(qū)間隔。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于移相控制的非隔離型變流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于所述的開關(guān)管S1接收的控制信號與開關(guān)管S3接收的控制信號占空比相同且存在移相角。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、3或4所述的基于移相控制的非隔離型變流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于所述的開關(guān)管為MOS管。
6.一種基于移相控制的非隔離型變流器，其特征在于包括η個開關(guān)電容電路和一變壓電路，η個開關(guān)電容電路依次級聯(lián)而成，η為大于I的自然數(shù)； 所述的開關(guān)電容電路由兩個開關(guān)管S1 S2、一個高壓電容C1、一個諧振電容C1^和一個諧振電感L組成；其中，開關(guān)管S1的輸入端與高壓電容C1的一端相連且為開關(guān)電容電路的第一輸入端，開關(guān)管S1的輸出端與開關(guān)管S2的輸入端和諧振電感L的一端相連且為開關(guān)電容電路的第二輸入端，開關(guān)管S2的輸出端與高壓電容C1的另一端相連且為開關(guān)電容電路的第一輸出端，諧振電感L的另一端與諧振電容C1^的一端相連,諧振電容C1^的另一端為開關(guān)電容電路的第二輸出端； 第i-Ι開關(guān)電容電路的第一輸出端與第i開關(guān)電容電路的第一輸入端相連，第i-1開關(guān)電容電路的第二輸出端與第i開關(guān)電容電路的第二輸入端相連，i為自然數(shù)且2彡i彡η ; 所述的變壓電路由兩個開關(guān)管S3 S4、一個高壓電容C2和一個濾波電感Lf組成；其中，開關(guān)管S3的輸入端與高壓電容C2的一端和第η開關(guān)電容電路的第一輸出端相連,開關(guān)管S3的輸出端與開關(guān)管S4的輸入端、濾波電感Lf的一端和第η開關(guān)電容電路的第二輸出端相連，開關(guān)管S4的輸出端與高壓電容C2的另一端相連； 所述的開關(guān)管的控制端接收外部設(shè)備提供的控制信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于移相控制的非隔離型變流器，其特征在于當(dāng)高壓側(cè)作為輸入低壓側(cè)作為輸出時，所述的濾波電感Lf的另一端與高壓電容C2的另一端之間連接有輸出電容Ctjut。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于移相控制的非隔離型變流器，其特征在于所述的開關(guān)管S1接收的控制信號與開關(guān)管S2接收的控制信號相位互補(bǔ)且存在死區(qū)間隔；開關(guān)管S3接收的控制信號與開關(guān)管S4接收的控制信號相位互補(bǔ)且存在死區(qū)間隔。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于移相控制的非隔離型變流器，其特征在于所述的開關(guān)管S1接收的控制信號與開關(guān)管S3接收的控制信號占空比相同且存在移相角。
10.根據(jù)權(quán)利要求6、8或9所述的基于移相控制的非隔離型變流器，其特征在于所述的開關(guān)管為MOS管。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于移相控制的非隔離型變流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括一開關(guān)電容電路和一變壓電路；其中，開關(guān)電容電路由兩個開關(guān)管、一高壓電容、一諧振電容和一諧振電感連接組成，變壓電路由兩個開關(guān)管、一高壓電容和一濾波電感連接組成；本發(fā)明還公開了采用該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變流器。本發(fā)明通過對不同開關(guān)管移相角和占空比的控制，實現(xiàn)了能量流動方向及高壓側(cè)各電容電壓平衡的控制，實現(xiàn)了輸出電壓寬范圍的調(diào)節(jié)，各開關(guān)管零電壓開通關(guān)斷。本發(fā)明變流器利用多組開關(guān)電容電路級聯(lián)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了變換器的更高降壓比輸出，降低各器件電壓應(yīng)力，利用變壓電路進(jìn)一步提高變換器的降壓比，降低電壓應(yīng)力，并實現(xiàn)輸出電壓可調(diào)。
文檔編號H02M3/07GK102769377SQ20121023596
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月10日
發(fā)明者何湘寧, 戴潔健, 李武華, 羅皓澤 申請人:浙江大學(xué)