基于移相控制的兩電容scc拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及一種基于移相控制的兩電容see拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)技術(shù)，特別設(shè)及一種兩 電容see拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其移相控制策略。
【背景技術(shù)】
[0002] 諧振變換器適應(yīng)了高頻化開(kāi)關(guān)的需求，然而傳統(tǒng)的變頻控制方式由于其寬范圍變 化的工作頻率降低了諧振變換器磁性元器件的性能，不利于磁性元件的優(yōu)化設(shè)計(jì)。諧振變 換器的輸出常因?yàn)樵?shù)的誤差W及輸入的擾動(dòng)而使輸出特性具有誤差W及不確定性， 難W精確的控制。此外，變頻控制方式下由于磁性元件的設(shè)計(jì)考慮也使輸出的控制范圍有 限；為此提出新型的兩電容SCCXSwitched-Controlled Capacitor)結(jié)構(gòu)改變諧振回路的等 效電容W調(diào)控變換器的輸出特性，從而諧振變換器可W大范圍內(nèi)工作在恒頻狀態(tài)。通過(guò)控 審IJSCC開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷來(lái)調(diào)控see結(jié)構(gòu)等效電容值。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種基于移相控制的兩 電容see拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該see結(jié)構(gòu)適用于諧振變換器領(lǐng)域，可W使諧振變換器在恒頻工作狀態(tài) 下實(shí)現(xiàn)輸出特性的可控性。
[0004] 本實(shí)用新型的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種基于移相控制的兩電容see拓?fù)?結(jié)構(gòu)，包括:第一電容打、第二電容C2、第一開(kāi)關(guān)管Si和第二開(kāi)關(guān)管S2;第一電容Cl的正極和第 二電容C2的正極相連接;第一電容Cl的負(fù)極和第一開(kāi)關(guān)管Si的漏極連接，第二電容C3的負(fù)極 與第二開(kāi)關(guān)管S2的源極連接;第一開(kāi)關(guān)管Si的源極和第二開(kāi)關(guān)管S2的漏極相連接;控制信號(hào) 接入第一開(kāi)關(guān)管Si和第二開(kāi)關(guān)管S2的柵極，通過(guò)移相角α的大小控制開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間從而 控制等效電容Ceq;第一開(kāi)關(guān)管Si和第二開(kāi)關(guān)管S2的導(dǎo)通時(shí)間相差半個(gè)周期。
[0005] 所述第一電容Cl和第二電容C2的電容值相等，W確保所述see結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性，保證 其抗擾性能。
[0006] 采用固定的頻率控制第一開(kāi)關(guān)管Si和第二開(kāi)關(guān)管S2,采用變化的移相角控制第一 開(kāi)關(guān)管Si和第二開(kāi)關(guān)管S2;第一開(kāi)關(guān)管Si和第二開(kāi)關(guān)管S2的導(dǎo)通時(shí)間相差半個(gè)周期，即導(dǎo)通 時(shí)間的相位差為180°。
[0007] 所述變化的占空比是指通過(guò)改變移相角α的大小，調(diào)節(jié)等效電容的值，W調(diào)控諧振 變換器的輸出。
[000引see等效電容值與電容一個(gè)周期內(nèi)的電荷量Q成正比，see等效電容為：
[0009]
[0010] 其中，公，為第一電容Cl在正常同等條件完整半個(gè)周期下的電荷量，Δ&,為第一電 容Cl在see結(jié)構(gòu)中半個(gè)周期的電荷量;Qc2為第二電容C2在正常同等條件完整半個(gè)周期下的 電荷量，Δ Qc2為第二從電容C2在see結(jié)構(gòu)中半個(gè)周期的電荷量。
[0011] 本實(shí)用新型的see結(jié)構(gòu)中：第一開(kāi)關(guān)管Si和第一電容Cl串聯(lián)后與第二開(kāi)關(guān)管S2和第 二電容C2串聯(lián)后相互并聯(lián);其中，第一開(kāi)關(guān)管Si和第二開(kāi)關(guān)管S2的極性相反;第一電容Cl和 第二電容C2的電容值相等;第一開(kāi)關(guān)管Si和第二開(kāi)關(guān)管S2具有有續(xù)流二極管;第一開(kāi)關(guān)管Si 和第二開(kāi)關(guān)管S2導(dǎo)通時(shí)間相差半個(gè)周期，為固定的頻率控制和變化移相角α控制，通過(guò)控制 移相角α的大小W改變see結(jié)構(gòu)等效電容Ceq的值進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)諧振變換器輸出特性的調(diào)控。所 述see結(jié)構(gòu)的移相角控制平滑、連續(xù)，兩個(gè)開(kāi)關(guān)管均能實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)損耗小，效率高，對(duì) 于諧振變換器輸出特性調(diào)控具有很高的可行性和實(shí)用性。
[0012] 本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：
[0013] (1)第一開(kāi)關(guān)管Si和第二開(kāi)關(guān)管S2導(dǎo)通時(shí)間相差半個(gè)周期W及兩個(gè)相等的第一電 容Cl和第二電容C2,使得see的工作在正負(fù)半周期內(nèi)對(duì)稱(chēng)，因此抗干擾性強(qiáng)，并且比單邊結(jié)構(gòu) 更為穩(wěn)定。
[0014] (2)本實(shí)用新型在see結(jié)構(gòu)中，通過(guò)固定的頻率控制和變化的移相角控制，移相角 控制第一從電容Cl和第二從電容C3的作用時(shí)間W調(diào)節(jié)改變等效電容Ceq的值。
[001引（3)本實(shí)用新型中控制移相角α有效調(diào)節(jié)范圍為45°含(1。80°，可W實(shí)現(xiàn)對(duì)see等效 電容Ceq的單調(diào)、平滑的控制，控制范圍大。
[0016] (4)本實(shí)用新型中see結(jié)構(gòu)里面第一開(kāi)關(guān)管Si和第二開(kāi)關(guān)管S2導(dǎo)通前其反并聯(lián)二極 管導(dǎo)通通流，開(kāi)關(guān)管可W實(shí)現(xiàn)ZVS軟開(kāi)關(guān)，損耗小，效率高。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是一種基于移相控制的兩電容see拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
[0018] 圖2(a)是一種基于移相控制的兩電容see拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的工作波形分析圖。
[0019] 圖2(b)是一種基于移相控制的兩電容see拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的工作波形分析模態(tài)1的示意 圖。
[0020] 圖2(c)是一種基于移相控制的兩電容see拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的工作波形分析模態(tài)2的示意 圖。
[0021] 圖2(d)是一種基于移相控制的兩電容see拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的工作波形分析模態(tài)3的示意 圖。
[0022] 圖2(e)是一種基于移相控制的兩電容see拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的工作波形分析模態(tài)4的示意 圖。
[0023] 圖2(f)是一種基于移相控制的兩電容see拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的工作波形分析模態(tài)5的示意 圖。
[0024] 圖2(g)是一種基于移相控制的兩電容see拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的工作波形分析模態(tài)6的示意 圖。
[0025] 圖3是一種基于移相控制的兩電容see拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等效電容Ceq/C隨移相角α的變化曲 線(xiàn)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實(shí)用新型的實(shí)施 方式不限于此。
[0027]實(shí)施例
[00%]如圖1所示，一種基于移相控制的兩電容SCC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。所述SCC結(jié)構(gòu)單元包含:第 一電容Cl、第二電容C2、第一開(kāi)關(guān)管Si和第二開(kāi)關(guān)管S2;第一電容Cl的正極和第二電容C2的正 極相連接;第一電容Cl的負(fù)極和第一開(kāi)關(guān)管Si的漏極連接，第二電容C2的負(fù)極與第二開(kāi)關(guān)管 S2的源極連接;第一開(kāi)關(guān)管Si的源極和第二開(kāi)關(guān)管S2的漏極相連接;控制信號(hào)接入第一開(kāi)關(guān) 管Si和第二開(kāi)關(guān)管S2的柵極，通過(guò)移相角α的大小控制開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間從而控制等效電容 Ceq;第一開(kāi)關(guān)管Si和第二開(kāi)關(guān)管S2的導(dǎo)通時(shí)間相差半個(gè)周期。
[0029] 下面結(jié)合附圖對(duì)SCC結(jié)構(gòu)的工作波形和模態(tài)圖，說(shuō)明本實(shí)用新型的工作原理。
[0030] 如圖2(a)、圖2(b)、圖2(c)、圖2(d)、圖2(e)、圖2(f)和圖2(g)所示，可W分為六種 不同的工作模態(tài)，對(duì)應(yīng)to~t6六個(gè)模態(tài)：
[0031] 1)模態(tài)l[to~ti]:to時(shí)刻，第二開(kāi)關(guān)管S2關(guān)斷，第一開(kāi)關(guān)管Si驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通，但此時(shí)ici 為負(fù)第一開(kāi)關(guān)管Si反并聯(lián)二極管導(dǎo)通所WM0S管沒(méi)有電流通過(guò)，iEi = i。;第一電容Cl持續(xù)放 電，直到tl時(shí)刻第一電容Cl電壓降至電壓最小值Uceqmin。
[00創(chuàng) 2)模態(tài)2[ti~t2]:ti時(shí)刻，電流ici過(guò)零由負(fù)轉(zhuǎn)正，第一開(kāi)關(guān)管Si的M0S管開(kāi)始有電 流通過(guò)，電流icl = iC ;第一電容Cl充電，至Ij t2時(shí)刻，電容電壓充電至Uclt2 = Uc2t2 = Uc2min。
[0033] 3)模態(tài)3[t2~t3]:在t2時(shí)亥Ij，第一電容Cl電壓等于第二電容C2電壓，即Ucl = Uc2,第 一電容Cl繼續(xù)充電Ucl>Uc2,第二開(kāi)關(guān)管S2的反并聯(lián)二極管導(dǎo)通，第二開(kāi)關(guān)管S2兩端電壓被 錯(cuò)位至零，在此模態(tài)內(nèi)可W實(shí)現(xiàn)第二開(kāi)關(guān)管S2的ZVS軟開(kāi)關(guān);模態(tài)內(nèi)，電流icl = ic2=ic/2,第 一電容Cl、第二電容C2同時(shí)充電；直到t3時(shí)刻，第一開(kāi)關(guān)管Si關(guān)斷信號(hào)到來(lái)，第一電容Cl充電 至巧大電壓Uclmaxo
[0034] 4)模態(tài)4[t3~t4]:t3時(shí)刻，第二開(kāi)關(guān)管S2導(dǎo)通信號(hào)到來(lái)，但第二電容C2電流為正，仍 舊第二開(kāi)關(guān)管S2反并聯(lián)二極管導(dǎo)通，第二開(kāi)關(guān)管S2中M0S管沒(méi)有電流通過(guò)，電流ic2 = ic;到t4 時(shí)刻，電流ic2過(guò)零點(diǎn)由正轉(zhuǎn)負(fù)，第二電容C2充電至電壓最大值Uceqmax。
[00對(duì) 5)模態(tài)5[t4~t5]:t4時(shí)刻，第二開(kāi)關(guān)管S2中M0S管開(kāi)始有電流通過(guò)，電流ic2=ic;第 二電容C2電壓降低，菌J t日時(shí)刻電壓降至Uc2t日=Ucl1;己。
[0036] 6)模態(tài)6[t日~t6]:t日時(shí)刻，Uc2 = Ucl，第二電容C2繼續(xù)放電，之后第一開(kāi)關(guān)管Si反并 聯(lián)二極管導(dǎo)通，第一開(kāi)關(guān)管Si兩端電壓被錯(cuò)位至零，此模態(tài)內(nèi)第一開(kāi)關(guān)管Si可W實(shí)現(xiàn)ZVS軟 開(kāi)關(guān);電流ici = ic2 = ic/2，電容Cl、C2同時(shí)放電；到t6時(shí)刻，第二開(kāi)關(guān)管S2關(guān)斷信號(hào)到來(lái)，第二 電容C2放電電壓降至最小值Uc2min ;第一開(kāi)關(guān)管Si開(kāi)通信號(hào)到來(lái)，之后重復(fù)[t0-t6]周期。
[0037] 分析可得，在模態(tài)3與模態(tài)6中，第一開(kāi)關(guān)管Si與第二開(kāi)關(guān)管S2并聯(lián)的反接二極管分 別導(dǎo)通，因此在此模態(tài)內(nèi)第一開(kāi)關(guān)管Si與第二開(kāi)關(guān)管S2可分別實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)通，實(shí)現(xiàn)ZVS開(kāi) 關(guān)。
[0038] SCC等效電容值與電容一個(gè)周期內(nèi)的電荷量Q成正比，SCC等效電容為：
[0039]
[0040] 其中，么，為第一電容Cl在正常同等條件完整半個(gè)周期下的電荷量，Δ么，為第一電 容Cl在SCC結(jié)構(gòu)中半個(gè)周期的電荷量;Qc2為第二電容C2在正常同等條件完整半個(gè)周期下的 電荷量，Δ Qc2為第二電容C2在see結(jié)構(gòu)中半個(gè)周期的電荷量。
[0041] 如圖3所示，為移相角α控制的歸一化等效電容圖，顯示了等效電容Ceq隨移相角α的 變化曲線(xiàn)，控制移相角α，可W實(shí)現(xiàn)對(duì)see等效電容Ceq的單調(diào)、平滑的控制，控制范圍大。
[0042] 上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述 實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替 代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于移相控制的兩電容see拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于，包括:第一電容(Ci)、第二電 容(C2)、第一開(kāi)關(guān)管(Si)和第二開(kāi)關(guān)管(S2);第一電容(Cl)的正極和第二電容(C2)的正極相 連接;第一電容(Cl)的負(fù)極和第一開(kāi)關(guān)管(Si)的漏極連接，第二電容(C2)的負(fù)極與第二開(kāi)關(guān) 管(&)的源極連接;第一開(kāi)關(guān)管(&)的源極和第二開(kāi)關(guān)管(&)的漏極相連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于移相控制的兩電容SCC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一 電容(C0和第二電容(C2)的電容值相等，所述第一電容(&)的結(jié)構(gòu)和第二電容(C 2)的結(jié)構(gòu) 互相對(duì)稱(chēng)。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于移相控制的兩電容SCC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括：第一電容C1、第二電容C2、第一開(kāi)關(guān)管S1和第二開(kāi)關(guān)管S2；兩個(gè)電容分別串聯(lián)了極性相反的第一開(kāi)關(guān)管S1和第二開(kāi)關(guān)管S2，開(kāi)關(guān)管兩端反向并聯(lián)二極管；兩個(gè)開(kāi)關(guān)管第一開(kāi)關(guān)管S1和第二開(kāi)關(guān)管S2的導(dǎo)通時(shí)間相差半個(gè)周期，為固定頻率、移相控制，通過(guò)控制移相角ɑ的大小以改變SCC結(jié)構(gòu)等效電容Ceq的值進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)諧振變換器輸出特性的調(diào)控。本實(shí)用新型具有開(kāi)關(guān)損耗小和效率高等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類(lèi)】H02M1/00
【公開(kāi)號(hào)】CN205336087
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201521143649
【發(fā)明人】曾君, 孫偉華, 劉俊峰
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年6月22日
【申請(qǐng)日】2015年12月31日