一種升壓半橋變換器及其控制方法與流程

文檔序號：12689229閱讀：795來源：國知局

本發(fā)明涉及一種變換器及其控制方法，尤其是一種升壓半橋變換器及其控制方法。

背景技術：

近年來，燃料電池和光伏電池等可再生能源由于具有清潔、安全、無污染和可再生等優(yōu)點，在分布式發(fā)電系統(tǒng)和電動汽車中得到廣泛應用。在分布式發(fā)電系統(tǒng)中，光伏電池的輸出通常是變化范圍寬的直流電，且隨負載和環(huán)境的變化而變化，因此，需要直流變換器具有低的輸入電流脈動。在電動汽車領域中，往往需要將燃料電池或蓄電池提供的寬范圍變化的直流電轉(zhuǎn)換為較高電壓的直流電，如380V。在寬輸入電壓范圍的場合，傳統(tǒng)電壓源變換器存在輸入電流脈動大和輸出整流二極管電壓應力高的問題，而傳統(tǒng)電流源變換器存在開關管電壓應力高和輸出電流脈動大導致電容壽命短的問題。此外，現(xiàn)有三電平變換器存在輸入電流脈動大和輸入分壓電容的均壓問題。因此研究新型適合寬輸入的變換器，有著重要的理論和現(xiàn)實意義。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術中變換器的缺點，提出一種輸入輸出電流脈動小、整流二極管電壓應力低、適合寬輸入電壓的升壓半橋變換器及其控制方法。

本發(fā)明的升壓半橋變換器，包括輸入電源U_in、第一濾波電感L₁、第一橋臂支路1、第二橋臂支路2、第三橋臂支路3、分壓電容支路4、第一隔離變壓器T₁、第二隔離變壓器T₂、第三隔離變壓器T₃、第一全橋整流電路5、第二全橋整流電路6、第三全橋整流電路7和濾波電路8，其中第一橋臂支路1包括第一開關管S₁和第二開關管S₂，第二橋臂支路2包括第三開關管S₃和第四開關管S₄，第三橋臂支路3包括第五開關管S₅和第六開關管S₆，分壓電容支路4包括第一電容C₁和第二電容C₂，第一全橋整流電路5包括第一二極管D₁、第二二極管D₂、第三二極管D₃和第四二極管D₄，第二全橋整流電路6包括第五二極管D₅、第六二極管D₆、第七二極管D₇和第八二極管D₈，第三全橋整流電路7包括第九二極管D₉、第十二極管D₁₀、第十一二極管D₁₁和第十二二極管D₁₂，濾波電路8包括第二濾波電感L₂和濾波電容C_f。具體拓撲結(jié)構(gòu)為：輸入電源U_in的正極連接第一濾波電感L₁的一端，輸入電源U_in的負極分別連接第二開關管S₂的一端、第四開關管S₄的一端、第六開關管S₆的一端和第二電容C₂的負端構(gòu)成分壓電容支路4的負端，第二電容C₂的正端分別連接第一隔離變壓器T₁原邊繞組N_P1的異名端、第二隔離變壓器T₂原邊繞組N_P2的異名端和第三隔離變壓器T₃原邊繞組N_P3的異名端和第一電容C₁的負端，第一電容C₁的正端分別連接第一開關管S₁的一端、第三開關管S₃的一端和第五開關管S₅的一端構(gòu)成分壓電容支路4的正端，第一濾波電感L₁的另一端分別連接第一開關管S₁的另一端、第二開關管S₂的另一端和第一隔離變壓器T₁原邊繞組N_P1的同名端，第二隔離變壓器T₂原邊繞組N_P2的異名端分別連接第三開關管S₃的另一端和第四開關管S₄的另一端，第三隔離變壓器T₃原邊繞組N_P3的異名端分別連接第五開關管S₅的另一端和第六開關管S₆的另一端；第一隔離變壓器T₁副邊繞組N_S1的同名端連接第一二極管D₁的陽極和第二二極管D₂的陰極，第一隔離變壓器T₁副邊繞組N_S1的異名端連接第三二極管D₃的陽極和第四二極管D₄的陰極；第二隔離變壓器T₂副邊繞組N_S2的同名端連接第五二極管D₅的陽極和第六二極管D₆的陰極，第二隔離變壓器T₂副邊繞組N_S2的異名端連接第七二極管D₇的陽極和第八二極管D₈的陰極；第三隔離變壓器T₃副邊繞組N_S3的同名端連接第九二極管D₉的陽極和第十二極管D₁₀的陰極，第三隔離變壓器T₃副邊繞組N_S3的異名端連接第十一二極管D₁₁的陽極和第十二二極管D₁₂的陰極；第一二極管D₁的陰極連接第三二極管D₃的陰極構(gòu)成第一全橋整流電路5的正端，第二二極管D₂的陽極連接第四二極管D₄的陽極構(gòu)成第一全橋整流電路5的負端；第五二極管D₅的陰極連接第七二極管D₇的陰極構(gòu)成第二全橋整流電路6的正端，第六二極管D₆的陽極連接第八二極管D₈的陽極構(gòu)成第二全橋整流電路6的負端；第九二極管D₉的陰極連接第十一二極管D₁₁的陰極構(gòu)成第三全橋整流電路7的正端，第十二極管D₁₀的陽極連接第十二二極管D₁₂的陽極構(gòu)成第三全橋整流電路7的負端；第一全橋整流電路5的負端連接第二全橋整流電路6的正端；第二全橋整流電路6的負端連接第三全橋整流電路7的正端；第二濾波電感L₂的一端連接第一全橋整流電路5的正端，第二濾波電感L₂的另一端連接濾波電容C_f的正端，濾波電容C_f的負端連接第三全橋整流電路7的負端；第一～第六開關管均具有反并聯(lián)二極管。

第一～第六開關管為IGBT或MOSFET。輸入電源U_in為蓄電池、燃料電池或光伏電池中的一種。所述第一～第十二二極管為碳化硅二極管或快恢復二極管。第一和第二電容為電解電容或無極性電容。

本發(fā)明的升壓半橋變換器的控制方法：采用脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制；第一開關管S₁和第二開關管S₂互補開通關斷；第三開關管S₃和第四開關管S₄互補開通關斷；第五開關管S₅和第六開關管S₆互補開通關斷。

第一開關管S₁、第三開關管S₃和第五開關管S₅的驅(qū)動信號相差120°；第二開關管S₂、第四開關管S₄和第六開關管S₆的驅(qū)動信號相差120°。

本發(fā)明的變換器通過調(diào)節(jié)第二開關管S₂的占空比d來穩(wěn)定輸出電壓U_o，其中，第二開關管S₂的占空比d是其導通時間與開關周期之比。

本發(fā)明的升壓半橋變換器適用于寬輸入電壓的場合，其輸入和輸出電流的脈動小，有利于延長輸入電源的使用壽命，減小了濾波電感的重量和體積，減小了開關管和整流二極管的電壓應力，解決了傳統(tǒng)電壓源變換器二極管電壓應力高的問題，解決了電流源變換器開關管電壓應力高和輸出電流脈動大的問題。

附圖說明

圖1：本發(fā)明的升壓半橋變換器的拓撲結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

由圖1可知，本申請的升壓半橋變換器，包括輸入電源U_in、第一濾波電感L₁、第一橋臂支路1、第二橋臂支路2、第三橋臂支路3、分壓電容支路4、第一隔離變壓器T₁、第二隔離變壓器T₂、第三隔離變壓器T₃、第一全橋整流電路5、第二全橋整流電路6、第三全橋整流電路7和濾波電路8，其中第一橋臂支路1包括第一開關管S₁和第二開關管S₂，第二橋臂支路2包括第三開關管S₃和第四開關管S₄，第三橋臂支路3包括第五開關管S₅和第六開關管S₆，分壓電容支路4包括第一電容C₁和第二電容C₂，第一全橋整流電路5包括第一二極管D₁、第二二極管D₂、第三二極管D₃和第四二極管D₄，第二全橋整流電路6包括第五二極管D₅、第六二極管D₆、第七二極管D₇和第八二極管D₈，第三全橋整流電路7包括第九二極管D₉、第十二極管D₁₀、第十一二極管D₁₁和第十二二極管D₁₂，濾波電路8包括第二濾波電感L₂和濾波電容C_f。具體拓撲結(jié)構(gòu)為：輸入電源U_in的正極連接第一濾波電感L₁的一端，輸入電源U_in的負極分別連接第二開關管S₂的一端、第四開關管S₄的一端、第六開關管S₆的一端和第二電容C₂的負端構(gòu)成分壓電容支路4的負端，第二電容C₂的正端分別連接第一隔離變壓器T₁原邊繞組N_P1的異名端、第二隔離變壓器T₂原邊繞組N_P2的異名端和第三隔離變壓器T₃原邊繞組N_P3的異名端和第一電容C₁的負端，第一電容C₁的正端分別連接第一開關管S₁的一端、第三開關管S₃的一端和第五開關管S₅的一端構(gòu)成分壓電容支路4的正端，第一濾波電感L₁的另一端分別連接第一開關管S₁的另一端、第二開關管S₂的另一端和第一隔離變壓器T₁原邊繞組N_P1的同名端，第二隔離變壓器T₂原邊繞組N_P2的異名端分別連接第三開關管S₃的另一端和第四開關管S₄的另一端，第三隔離變壓器T₃原邊繞組N_P3的異名端分別連接第五開關管S₅的另一端和第六開關管S₆的另一端；第一隔離變壓器T₁副邊繞組N_S1的同名端連接第一二極管D₁的陽極和第二二極管D₂的陰極，第一隔離變壓器T₁副邊繞組N_S1的異名端連接第三二極管D₃的陽極和第四二極管D₄的陰極；第二隔離變壓器T₂副邊繞組N_S2的同名端連接第五二極管D₅的陽極和第六二極管D₆的陰極，第二隔離變壓器T₂副邊繞組N_S2的異名端連接第七二極管D₇的陽極和第八二極管D₈的陰極；第三隔離變壓器T₃副邊繞組N_S3的同名端連接第九二極管D₉的陽極和第十二極管D₁₀的陰極，第三隔離變壓器T₃副邊繞組N_S3的異名端連接第十一二極管D₁₁的陽極和第十二二極管D₁₂的陰極；第一二極管D₁的陰極連接第三二極管D₃的陰極構(gòu)成第一全橋整流電路5的正端，第二二極管D₂的陽極連接第四二極管D₄的陽極構(gòu)成第一全橋整流電路5的負端；第五二極管D₅的陰極連接第七二極管D₇的陰極構(gòu)成第二全橋整流電路6的正端，第六二極管D₆的陽極連接第八二極管D₈的陽極構(gòu)成第二全橋整流電路6的負端；第九二極管D₉的陰極連接第十一二極管D₁₁的陰極構(gòu)成第三全橋整流電路7的正端，第十二極管D₁₀的陽極連接第十二二極管D₁₂的陽極構(gòu)成第三全橋整流電路7的負端；第一全橋整流電路5的負端連接第二全橋整流電路6的正端；第二全橋整流電路6的負端連接第三全橋整流電路7的正端；第二濾波電感L₂的一端連接第一全橋整流電路5的正端，第二濾波電感L₂的另一端連接濾波電容C_f的正端，濾波電容C_f的負端連接第三全橋整流電路7的負端；第一～第六開關管均具有反并聯(lián)二極管。