宽输入的直流变换器拓扑及其前馈型平均电流控制方法与流程

文档序号:11811456阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种宽输入的直流变换器拓扑,其特征在于,包括双管Buck-Boost变换器和交错并联型双管Buck-Boost变换器这两种拓扑结构;

所述双管Buck-Boost变换器的主电路结构为:输入电源的正极与第一MOSFET开关管S1的漏极相连;,第一MOSFET开关管S1的源极分别与第一碳化硅二极管D1的负极和电感L的输入侧相连;第一碳化硅二极管D1的正极直接与输入电源的负极相连;电感L的输出侧则与第二MOSFET开关管S2的漏极和第二碳化硅二极管D2的正极相连;,第二MOSFET开关管S2的源极与输入电源的负极直接相连;第二碳化硅二极管D2的负极与输出侧电容C的正极相连;输出侧电容C的负极直接与输入电源的负极相连;输出侧电容C的正极就作为变换器输出的正极,电容C的负极即输入电源的负极作为变换器输出的负极;

所述交错并联型双管Buck-Boost变换器的主电路拓扑结构为:输入电源的正极与第一MOSFET开关管S1的漏极相连;第一MOSFET开关管S1的源极分别与第一碳化硅二极管D1的负极和电感甲L1的输入侧相连;第一碳化硅二极管D1的正极直接与输入电源的负极相连;输入电源的正极与第三MOSFET开关管S3的漏极相连;第三MOSFET开关管S3的源极分别与第三碳化硅二极管D3的负极和电感乙L2的输入侧相连;第三碳化硅二极管D3的正极直接与输入电源的负极相连;电感甲L1与电感乙L2的输出侧分别与第二MOSFET开关管S2的漏极和第二碳化硅二极管D2的正极相连;第二MOSFET开关管S2的源极与输入电源的负极直接相连;第二碳化硅二极管D2的负极与输出侧电容C的正极相连;输出侧电容C的负极直接与输入电源的负极相连;输出侧电容C的正极就作为变换器输出的正极,电容C的负极即输入电源的负极作为变换器输出的负极。

2.根据权利要求1所述一种宽输入的直流变换器拓扑,其特征在于,所述输入电源为新能源发电系统或者电池电源输出的直流电源。

3.根据权利要求1所述一种宽输入的直流变换器拓扑,其特征在于,所述变换器输出直接连接各种阻性负载,也能直接与逆变器直流端相连。

4.基于权利要求1所述宽输入的直流变换器的适用于双管Buck-Boost变换器的前馈型平均电流控制系统,其特征在于,将输入电压通过前馈模块的处理后,加至平均电流控制的电流内环,快速抑制了输入电压扰动对输出电压的影响,具体为:第一减法器1-1、电压调节器1-2、第二减法器1-3、电流调节器1-4依次连接,电流调节器1-4的输出端分别与第一加法器1-5的输入端、第三加法器1-7的输入端连接,第一加法器1-5、第二加法器1-6、第一比较器1-8和S1驱动模块1-10依次连接,第三加法器1-7、第二比较器1-9、和S2驱动模块1-11依次连接,第一输入电压前馈函数模块1-12的输出端连接到第二加法器1-6的输入端,第二输入电压前馈函数模块1-13的输出端连接到第三加法器1-7的输入端;在第一减法器1-1中输入变换器输出电压信号vo和给定的输出侧电压值vref,在第二减法器中输入从变换器的电感处取得的电流信号iL,在第一加法器1-5中输入给定的偏移量信号ubias,在第二加法器1-6中输入Buck开关的调制信号的前馈量v1,在第三加法器1-7中输入Boost开关的调制信号的前馈量v2;从S1驱动模块1-10输出驱动S1高频开关的开关驱动信号,从S2驱动模块1-11输出驱动S2高频开关的开关驱动信号;双管Buck-Boost变换器的第一MOSFET开关管S1的栅极与S1驱动模块1-10相连,双管Buck-Boost变换器的第二MOSFET开关管S2的栅极与S2驱动模块1-11相连。

5.根据权利要求4所述的适用于双管Buck-Boost变换器的前馈型平均电流控制系统,其特征在于,所述电压调节器2、电流调节器4、电流调节器(5)、电流调节器(6)都为比例-积分(PI)调节器。

6.基于权利要求1所述宽输入的直流变换器的适用于交错并联型双管Buck-Boost变换器的前馈型平均电流控制系统,其特征在于,将输入电压通过前馈模块的处理后加至了平均电流控制的电流内环,快速抑制了输入电压扰动对输出电压的影响,具体为:第一减法器2-1和电压调节器2-2互相连接,第二减法器2-3和电流调节器2-5互相连接,第三减法器2-4和电流调节器2-6互相连接;第二减法器2-3和第三减法器2-4的输入端与电压调节器2-2的输出端相连;电流调节器2-5的输出端分别与第一加法器2-7的输入端、第五加法器2-11的输入端连接,电流调节器2-6的输出端与第二加法器2-8的输入端相连;第一加法器2-7、第三加法器2-9、第一比较器2-12和第一驱动模块2-16依次连接,第二加法器2-8、第四加法器2-10、第二比较器2-13和第二驱动模块2-17依次连接,第五加法器2-11、第三比较器2-14、第三驱动模块2-19依次连接;第一输入电压前馈函数模块2-15的输出端连接到第三加法器2-9和第四加法器2-10的输入端,第二输入电压前馈函数模块2-19的输出端连接到第五加法器2-11的输入端;在第一减法器2-1中输入变换器输出电压信号和给定的输出侧电压值,在第二减法器2-3中输入从变换器的电感甲L1处取得的电流信号,在第三减法器2-4中输入从变换器的电感乙L2处取得的电流信号,在第一加法器2-7和第二加法器2-8中输入给定的偏移量信号,第一加法器2-7和第二加法器2-8中输出信号分别对应输入第三加法器2-9和第四加法器2-10中,在第三加法器2-9和第四加法器2-10中还输入Buck开关的前馈信号v1,在第五加法器2-11中输入Boost开关的前馈信号v2,在前馈函数模块2-15和前馈函数模块2-18中输入变换器输入电压信号;第一比较器2-12的输出信号经过S1驱动模块2-16输出驱动交错并联型双管Buck-Boost变换器的第一MOSFET开关管S1的开关驱动信号,第二比较器2-17的输出信号经过S1′驱动模块2-17输出驱动交错并联型双管Buck-Boost变换器的第三MOSFET开关管S3的开关驱动信号,第三比较器2-14的输出信号经过S2驱动模块2-19输出驱动交错并联型双管Buck-Boost变换器的第二MOSFET开关管S2的开关驱动信号;所述电压调节器2-22-2、电流调节器2-52-5、电流调节器2-62-6都为比例-积分调节器。

7.基于权利要求5所述的适用于双管Buck-Boos变换器的前馈型平均电流控制系统的控制方法,其特征在于,具体步骤为:

1)从变换器输出侧取得变换器输出电压信号vo,与给定的输出侧电压值vref通过第一减法器1-1,做差形成误差信号vw,送入电压调节器1-2,得到电压调节器的输出信号vi;第一减法器1-1和电压调节器1-2构成电压外环;

2)从变换器的电感处取得的电流信号iL,与电压调节器1-2的输出信号vi通过第二减法器1-3,做差形成误差信号iw,送入电流调节器1-4,得到电流调节器的输出信号vc;第二减法器1-3和电流调节器1-4共同构成电流内环;

3)从变换器输入侧取得的输入电压信号vg,分两路经过第一输入电压前馈函数模块1-12和第二输入电压前馈函数模块1-13处理,分别得到Buck开关的调制信号的前馈量v1和Boost开关的调制信号的前馈量v2,这个两个信号分别送到第二加法器1-6和第三加法器1-7;第一输入电压前馈函数模块1-12和第二输入电压前馈函数模块1-13以及第二加法器1-6和第三加法器1-7共同构成输入电压前馈模块;

4)电流调节器1-4的输出信号vc分两路,一路与给定的偏移量信号ubias和前馈量信号v1通过第一加法器1-5相加,得到Buck开关的初步调制信号,在通过第二加法器1-6与调制信号的前馈量v1相加得到Buck开关的调制信号vBuck;另一路与调制信号的前馈量v2通过第三加法器1-7与调制信号的前馈量v2相加得到Boost开关的调制信号vBoost;给定的偏移量信号ubias和第一加法器1-5构成模式切换模块,所述控制方法在Buck和Boost模式之间的自动切换是由这部分完成的;

5)调制信号vBuck与高频三角波通过第一比较器1-8的比较后,得到控制开关S1的开关信号,开关信号直接送到S1驱动模块1-10,经过S1驱动模块1-10的放大后得到的开关驱动信号直接送至第一MOSFET开关管S1的栅极,用来控制其开通与关断;

6)调制信号vBoost与高频三角波通过第二比较器1-9的比较后,得到控制开关S2的开关信号,开关信号直接送到S2驱动模块1-11,经过S2驱动模块1-11的放大后得到的开关驱动信号直接送至第二MOSFET开关管S2的栅极,控制其开通和关断。

8.基于权利要求6所述的适用于交错并联型双管Buck-Boos变换器的前馈型平均电流控制系统的控制方法,其特征在于,具体步骤为:

1)从变换器输出侧取得变换器输出电压信号vo,与给定的输出侧电压值vref通过第一减法器2-1,做差形成误差信号vw,送入电压调节器2-2,得到电压调节器的输出信号vi;第一减法器2-1和电压调节器2-2构成电压外环;

2)从变换器的电感L处取得的电流信号iL,与电压调节器2-2的输出信号vi通过第二减法器2-3,做差形成误差信号iw,送入电流调节器2-5,得到电流调节器的输出信号vc;第二减法器2-3和电流调节器2-5共同构成电流内环2-1;

3)从变换器的电感L′处取得的电流信号i′L,与电压调节器2-2的输出信号vi通过第三减法器2-4,做差形成误差信号i′w,送入电流调节器2-6,得到电流调节器的输出信号v′c;第三减法器2-4和电流调节器2-6共同构成电流内环2-2;

4)从变换器输入侧取得的输入电压信号vg,分两路经过第一输入电压前馈函数模块2-15和第二输入电压前馈函数模块2-19处理,分别得到Buck开关S1和S′1的调制信号的前馈量v1和Boost开关S2的调制信号的前馈量v2,这个两个信号分别送到第三加法器2-9、第四加法器2-10和第五加法器2-11;第一输入电压前馈函数模块2-15和第二输入电压前馈函数模块2-19以及第三加法器2-9、第四加法器2-10和第五加法器2-11共同构成输入电压前馈模块;

5)电压调节器2-2的输出信号vi分两路,一路与第二减法器2-3的输出入侧相连,另一路则与第三减法器2-4的输入侧相连;

6)电流调节器2-5的输出信号vc分两路,一路与给定的偏移量信号ubias通过第一加法器2-7相加,得到Buck开关S1的初步调制信号,再通过第三加法器2-9与调制信号的前馈量v1相加得到Buck开关S1的调制信号vBuck;另一路与调制信号的前馈量v2通过第五加法器2-11与调制信号的前馈量v2相加得到Boost开关S2的调制信号vBoost;电流调节器2-8的输出信号v′c与给定的偏移量信号ubias通过第二加法器2-8相加,得到Buck开关S′1的初步调制信号,再通过第四加法器2-10与调制信号的前馈量v1相加得到Buck开关S′1的调制信号v′Buck;给定的偏移量信号ubias和第一加法器2-7、第二加法器2-8共同构成了模式切换模块,所述控制方法在Buck和Boost模式之间的自动切换是由这部分完成的;

7)调制信号vBuck与高频三角波通过第一比较器2-12的比较后,得到控制开关S1的开关信号,开关信号直接送到S1驱动模块2-16,经过S1驱动模块2-16的放大后得到的开关驱动信号直接送至第一MOSFET开关管S1的栅极,用来控制其开通与关断;

8)调制信号v′Buck与高频三角波通过第二比较器2-13的比较后,得到控制开关S′1的开关信号,送入第二比较器2-13的高频三角波与送入第一比较器2-12和第三比较器2-14的高频三角波在相位上相差π,也即相差半个开关周期;得到的开关信号直接送到S′1驱动模块2-17,经过S′1驱动模块2-17的放大后得到开关驱动信号直接送至第三MOSFET开关管S3的栅极,用来控制其开通与关断;

9)调制信号vBoost与高频三角波通过第三比较器2-14的比较后,得到控制开关S2的开关信号,送入第三比较器2-14的高频三角波与送入第一比较器2-12的高频三角波完全相同;得到的开关信号直接送到S2驱动模块2-19,经过S2驱动模块2-19的放大后得到的开关驱动信号直接送至第二MOSFET开关管S2的栅极,控制其开通和关断。

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