一種升壓型直直變換器的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種變換器的控制方法，尤其是一種升壓型直直變換器的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，能源的短缺和環(huán)境的污染已經(jīng)成為世界的焦點(diǎn)，可再生能源的發(fā)展和應(yīng) 用受到世界各國(guó)的廣泛關(guān)注。在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中，光伏電池發(fā)出的電能都是電壓較 低且變化范圍寬的直流電，而向電網(wǎng)送電需要電壓較高的直流電，因此需要直流變換器把 低壓寬變化范圍的直流電轉(zhuǎn)換為適合并網(wǎng)的高電壓直流電。在清潔能源電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域中， 往往需要將燃料電池或蓄電池提供的低壓且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(chǎng)合，傳統(tǒng)電壓源直流變換器存在輸入電流脈動(dòng)大和輸出 整流二極管電壓應(yīng)力高的問(wèn)題，而傳統(tǒng)電流源直流變換器存在輸出電流脈動(dòng)大和開(kāi)關(guān)管電 壓應(yīng)力高的問(wèn)題。此外，現(xiàn)有集成升壓功能的直直變換器雖然輸入輸出電流脈動(dòng)小，但輸出 整流二極管的電壓應(yīng)力仍然很高。因此研究新型適合寬輸入的直流變換器來(lái)滿(mǎn)足后級(jí)并網(wǎng) 逆變器的需要，有著重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中變換器的缺點(diǎn)，提出一種開(kāi)關(guān)管電壓應(yīng)力小、 二極管電壓應(yīng)力低、適合低壓寬輸入的升壓型直直變換器，并基于該變換器提出了一種控 制方法。
[0004] 本發(fā)明的升壓型直直變換器的控制方法，包括輸入電源化n、第一濾波電感^、隔直 電容Cl、中間電容C2、全橋開(kāi)關(guān)電路1、隔離變壓器T、全橋整流電路2和濾波電路3,其中全橋 開(kāi)關(guān)電路1包括第一開(kāi)關(guān)管Si、第二開(kāi)關(guān)管S2、第=開(kāi)關(guān)管S3和第四開(kāi)關(guān)管S4,全橋整流電路 2包括第一二極管化、第二二極管化、第=二極管化和第四二極管〇4,濾波電路3包括第二濾 波電感L2和濾波電容Cf ;具體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為:輸入電源化n的正極連接第一濾波電感^的一端， 輸入電源化n的負(fù)極分別連接中間電容C2的負(fù)端、第二開(kāi)關(guān)管S2的一端和第四開(kāi)關(guān)管S4的一 端構(gòu)成全橋開(kāi)關(guān)電路1的負(fù)端，中間電容C2的正端分別連接第一開(kāi)關(guān)管Sl的一端和第=開(kāi)關(guān) 管S3的一端構(gòu)成全橋開(kāi)關(guān)電路1的正端，第一濾波電感^的另一端分別連接第一開(kāi)關(guān)管Sl的 另一端、第二開(kāi)關(guān)管S2的另一端和隔直電容Cl的一端，隔直電容Cl的另一端連接隔離變壓器 T原邊繞組Np的同名端，隔離變壓器T原邊繞組Np的異名端連接第=開(kāi)關(guān)管S3的另一端和的 第四開(kāi)關(guān)管S4的另一端，隔離變壓器T副邊繞組化的同名端連接第一二極管化的陽(yáng)極和第二 二極管化的陰極，隔離變壓器T副邊繞組化的異名端連接第=二極管化的陽(yáng)極和第四二極管 〇4的陰極;第一二極管化的陰極連接第=二極管化的陰極構(gòu)成全橋整流電路2的正端，第二 二極管化的陽(yáng)極連接第四二極管〇4的陽(yáng)極構(gòu)成全橋整流電路2的負(fù)端;第二濾波電感L2的一 端連接全橋整流電路2的正端，第二濾波電感L2的另一端連接濾波電容Cf的一端，濾波電容 Cf的另一端連接全橋整流電路2的負(fù)端;第一~第四開(kāi)關(guān)管均具有反并聯(lián)二極管。該直直變 換器通過(guò)第一~第四開(kāi)關(guān)管的接通和關(guān)斷，在隔直電容Cl和中間電容C2分別產(chǎn)生第一調(diào)節(jié) 電壓化謝第二調(diào)節(jié)電壓化2,所述第一調(diào)節(jié)電壓此謝第二調(diào)節(jié)電壓帖共同作用，達(dá)到穩(wěn)定輸 出電壓U。的目的；
[0005] 開(kāi)關(guān)管控制邏輯如下:第一開(kāi)關(guān)管Si和第四開(kāi)關(guān)管S4同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷;第二開(kāi)關(guān)管 S2和第=開(kāi)關(guān)管S3同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷;第一開(kāi)關(guān)管Si和第二開(kāi)關(guān)管S2互補(bǔ)導(dǎo)通關(guān)斷；第=開(kāi)關(guān) 管S3和第四開(kāi)關(guān)管S4互補(bǔ)導(dǎo)通關(guān)斷。
[0006] 第一~第四開(kāi)關(guān)元件為IGBT或M0SFET。輸入電源化n為蓄電池、燃料電池或光伏電 池中的一種。第一~第四二極管為碳化娃二極管或快恢復(fù)二極管。隔直電容Cl為無(wú)極性電 容。
[0007] 本發(fā)明的升壓型直直變換器適用于寬輸入電壓的場(chǎng)合，其輸入電流和輸出電流的 紋波小，有利于延長(zhǎng)輸入電源的使用壽命，解決了傳統(tǒng)電壓源變換器二極管電壓應(yīng)力高的 問(wèn)題，解決了電流源變換器開(kāi)關(guān)管電壓應(yīng)力高和輸出電流脈動(dòng)大的問(wèn)題，減小了濾波電感 的重量和體積，減小了開(kāi)關(guān)管的電壓應(yīng)力，減小了二極管的電壓應(yīng)力。
【附圖說(shuō)明】
[000引圖1:本發(fā)明的升壓型直直變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009] 由圖1可知，本申請(qǐng)的升壓型直直變換器包括輸入電源化n、第一濾波電感^、隔直 電容Cl、中間電容C2、全橋開(kāi)關(guān)電路1、隔離變壓器T、全橋整流電路2和濾波電路3,其中全橋 開(kāi)關(guān)電路1包括第一開(kāi)關(guān)管Si、第二開(kāi)關(guān)管S2、第=開(kāi)關(guān)管S3和第四開(kāi)關(guān)管S4,全橋整流電路 2包括第一二極管化、第二二極管化、第=二極管化和第四二極管〇4,濾波電路3包括第二濾 波電感L2和濾波電容Cf ;具體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為:輸入電源化n的正極連接第一濾波電感^的一端， 輸入電源化n的負(fù)極分別連接中間電容C2的負(fù)端、第二開(kāi)關(guān)管S2的一端和第四開(kāi)關(guān)管S4的一 端構(gòu)成全橋開(kāi)關(guān)電路1的負(fù)端，中間電容C2的正端分別連接第一開(kāi)關(guān)管Sl的一端和第=開(kāi)關(guān) 管S3的一端構(gòu)成全橋開(kāi)關(guān)電路1的正端，第一濾波電感^的另一端分別連接第一開(kāi)關(guān)管Sl的 另一端、第二開(kāi)關(guān)管S2的另一端和隔直電容Cl的一端，隔直電容Cl的另一端連接隔離變壓器 T原邊繞組Np的同名端，隔離變壓器T原邊繞組Np的異名端連接第=開(kāi)關(guān)管S3的另一端和的 第四開(kāi)關(guān)管S4的另一端，隔離變壓器T副邊繞組化的同名端連接第一二極管化的陽(yáng)極和第二 二極管化的陰極，隔離變壓器T副邊繞組化的異名端連接第=二極管化的陽(yáng)極和第四二極管 〇4的陰極;第一二極管化的陰極連接第=二極管化的陰極構(gòu)成全橋整流電路2的正端，第二 二極管化的陽(yáng)極連接第四二極管〇4的陽(yáng)極構(gòu)成全橋整流電路2的負(fù)端;第二濾波電感L2的一 端連接全橋整流電路2的正端，第二濾波電感L2的另一端連接濾波電容Cf的一端，濾波電容 Cf的另一端連接全橋整流電路2的負(fù)端;第一~第四開(kāi)關(guān)管均具有反并聯(lián)二極管。
[0010] 本申請(qǐng)的升壓型直直變換器通過(guò)第一~第四開(kāi)關(guān)管的接通和關(guān)斷，在隔直電容Cl 和中間電容C2分別產(chǎn)生第一調(diào)節(jié)電壓Uci和第二調(diào)節(jié)電壓化2，所述第一調(diào)節(jié)電壓Uci和第二 調(diào)節(jié)電壓化洪同作用，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓U。的目的。
[0011] 開(kāi)關(guān)管控制邏輯如下:第一開(kāi)關(guān)管Si和第四開(kāi)關(guān)管S4同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷;第二開(kāi)關(guān)管 S2和第=開(kāi)關(guān)管S3同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷;第一開(kāi)關(guān)管Sl和第二開(kāi)關(guān)管S2互補(bǔ)導(dǎo)通關(guān)斷；第=開(kāi)關(guān) 管S3和第四開(kāi)關(guān)管S4互補(bǔ)導(dǎo)通關(guān)斷。
[0012]第一~第四開(kāi)關(guān)元件為IGBT或MOSFET。輸入電源Uin為蓄電池、燃料電池或光伏電 池中的一種。第一~第四二極管為碳化娃二極管或快恢復(fù)二極管。隔直電容Cl為無(wú)極性電 容。
[0013] 假設(shè)各變壓器的副原邊應(yīng)數(shù)比n相同，本申請(qǐng)的升壓型直直變換器輸入輸出電壓 關(guān)系為
[0014] U〇 = 4dnUin
[001引式中，d為開(kāi)關(guān)管S2的占空比，即導(dǎo)通時(shí)間ton/開(kāi)關(guān)周期fs。
[0016] 該升壓型直直變換器存在兩種工作模態(tài)，下面對(duì)各開(kāi)關(guān)模態(tài)的工作情況進(jìn)行具體 分析。
[0017] 在分析之前，作如下假設(shè):①所有開(kāi)關(guān)管和二極管均為理想器件，不考慮開(kāi)關(guān)時(shí) 間，導(dǎo)通壓降;②所有電感、電容均為理想元件;③隔直電容Cl和中間電容C2足夠大。
[001引1.開(kāi)關(guān)模態(tài)1
[0019] 開(kāi)關(guān)管Si和S4開(kāi)通，其它開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，因此，二極管化和D4導(dǎo)通，其它二極管斷開(kāi)， 電感電流iL上升。此模態(tài)中：
[0020] 2.開(kāi)關(guān)模態(tài)2
[0021] 開(kāi)關(guān)管Si和S4關(guān)斷，開(kāi)關(guān)管S2和S3開(kāi)通，因此，二極管化和化導(dǎo)通，其它二極管斷開(kāi)， 電感電流Il下降。此模態(tài)中，UAB = 2Uin。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種升壓型直直變換器的控制方法，包括輸入電源uin、第一濾波電感1^、隔直電容&、 中間電容C2、全橋開(kāi)關(guān)電路1、隔離變壓器T、全橋整流電路2和濾波電路3，其中全橋開(kāi)關(guān)電 路1包括第一開(kāi)關(guān)管3 1、第二開(kāi)關(guān)管S2、第三開(kāi)關(guān)管S3和第四開(kāi)關(guān)管S4,全橋整流電路2包括 第一二極管Di、第二二極管D 2、第三二極管D3和第四二極管D4,濾波電路3包括第二濾波電感 L 2和濾波電容C f ;具體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為:輸入電源U i η的正極連接第一濾波電感L1的一端，輸入電 壓Uin的負(fù)極分別連接中間電容C2的負(fù)端、第二開(kāi)關(guān)管S2的一端和第四開(kāi)關(guān)管S4的一端構(gòu)成 全橋開(kāi)關(guān)電路1的負(fù)端，中間電容C2的正端分別連接第一開(kāi)關(guān)管Si的一端和第三開(kāi)關(guān)管S3的 一端構(gòu)成全橋開(kāi)關(guān)電路1的正端，第一濾波電感1^的另一端分別連接第一開(kāi)關(guān)管5 1的另一 端、第二開(kāi)關(guān)管s2的另一端和隔直電容Ci的一端，隔直電容α的另一端連接隔離變壓器T原 邊繞組1^的同名端，隔離變壓器Τ原邊繞組Ν Ρ的異名端連接第三開(kāi)關(guān)管S3的另一端和的第 四開(kāi)關(guān)管S4的另一端，隔離變壓器Τ副邊繞組Ns的同名端連接第一二極管0:的陽(yáng)極和第二二 極管D 2的陰極，隔離變壓器T副邊繞組Ns的異名端連接第三二極管D2的陽(yáng)極和第四二極管D4 的陰極;第一二極管Di的陰極連接第三二極管D3的陰極構(gòu)成全橋整流電路2的正端，第二二 極管D2的陽(yáng)極連接第四二極管D4的陽(yáng)極構(gòu)成全橋整流電路2的負(fù)端;第二濾波電感L 2的一端 連接全橋整流電路2的正端，第二濾波電感L2的另一端連接濾波電容Cf的一端，濾波電容Cf 的另一端連接全橋整流電路2的負(fù)端;第一~第四開(kāi)關(guān)管均具有反并聯(lián)二極管。該直直變換 器通過(guò)第一~第四開(kāi)關(guān)管的接通和關(guān)斷，在隔直電容Q和中間電容C 2分別產(chǎn)生第一調(diào)節(jié)電 壓Uci和第二調(diào)節(jié)電壓UC2，所述第一調(diào)節(jié)電壓U C1和第二調(diào)節(jié)電壓UC2共同作用，達(dá)到穩(wěn)定輸出 電壓U。的目的。 開(kāi)關(guān)管控制邏輯如下:第一開(kāi)關(guān)管Si和第四開(kāi)關(guān)管S4同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷;第二開(kāi)關(guān)管 第三開(kāi)關(guān)管S3同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷;第一開(kāi)關(guān)管Si和第二開(kāi)關(guān)管&互補(bǔ)導(dǎo)通關(guān)斷;第三開(kāi)關(guān)管& 和第四開(kāi)關(guān)管S 4互補(bǔ)導(dǎo)通關(guān)斷。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的升壓型直直變換器，所述第一~第四開(kāi)關(guān)元件為IGBT或 MOSFET〇3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的升壓型直直變換器，所述輸入電源Uin為蓄電池、燃料電池或光 伏電池中的一種。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的升壓型直直變換器，所述第一~第四二極管為碳化硅二極管 或快恢復(fù)二極管。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的升壓型直直變換器，所述隔直電容&為無(wú)極性電容。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公布了一種升壓型直直變換器的控制方法，屬直直變換器控制方法。本發(fā)明的升壓型變換器包括輸入電源，第一濾波電感，隔直電容，中間電容，全橋開(kāi)關(guān)電路，隔離變壓器，全橋整流電路和濾波電路；該升壓型直直變換器的全橋開(kāi)關(guān)電路的對(duì)管同時(shí)導(dǎo)通關(guān)斷，同一橋臂的開(kāi)關(guān)管互補(bǔ)導(dǎo)通關(guān)斷，隔直電容足夠大且電壓隨輸入電壓的變化而變化。本發(fā)明適用于寬輸入電壓的場(chǎng)合，其輸入電流和輸出電流的紋波小，有利于延長(zhǎng)輸入電源的使用壽命，解決了傳統(tǒng)電壓源變換器二極管電壓應(yīng)力高的問(wèn)題，解決了電流源變換器開(kāi)關(guān)管電壓應(yīng)力高和輸出電流脈動(dòng)大的問(wèn)題，減小了濾波電感的重量和體積，減小了開(kāi)關(guān)管的電壓應(yīng)力，減小了二極管的電壓應(yīng)力。
【IPC分類(lèi)】H02M1/14, H02M3/335
【公開(kāi)號(hào)】CN105553283
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610126397
【發(fā)明人】姚志壘, 于學(xué)華, 徐靜, 徐進(jìn), 顧春雷, 彭思敏
【申請(qǐng)人】鹽城工學(xué)院
【公開(kāi)日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2016年3月4日