一种自均压双管高增益变换器及其控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种自均压双管高增益变换器，该变换器包含包含X型有源网络、直流电压源和整流二极管，还包含对称无源无损箝位电路，对称无源无损箝位电路包含第一箝位电容、第二箝位电容、第三箝位电容、第四箝位电容以及箝位二极管，X型有源网络包含正输入端、负输入端、正输出端和负输出端。本发明还包含针对上述自均压双管高增益变换器的控制方法。本发明的变换器体积小，且主功率开关管能够在电感大小、开关管结电容、开关管开关速度不一致等情况下实现输入电压突变或占空比突变或或负载突变时的动态均压，抑制电路中结电容和电感的谐振，减小主功率开关管的电压应力，提高变换效率。
【专利说明】一种自均压双管高增益变换器及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于属于电力电子变换器领域，特别涉及了一种自均压双管高增益变换器及其控制方法。
【背景技术】
[0002]升压变换器广泛应用于工业领域，如新能源发电、X光机、UPS等场合。传统的升压变换器电路拓扑为Boost电路，理论上Boost电路的电压增益随着占空比的增加而增加，然而考虑到实际电路中的等效串联阻抗(ESR)，Boost电路的实际增益并不总是随着占空比的增加而变大，因此其升压能力十分有限，并不适用于高增益直流功率变换场合。
[0003]现有一种有源网络变压器，其拓扑结构如图1所示，该变压器与传统的Boost电路相比，虽然升压能力有所提高，但功率开关管在电感大小、开关管结电容、开关管开关速度不一致等情况下无法实现输入电压突变、占空比突变的动态均压，且由于存在结电容和电感的谐振，功率开关管的电压应力较大，影响了变压器的变换效率。
【发明内容】
[0004]为了解决上述【背景技术】存在的技术问题，本发明旨在提供一种自均压双管高增益变换器及其控制方法，实现高增益、高效率的功率变换。
[0005]为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为:
一种自均压双管高增益变换器，包含X型有源网络、直流电压源和整流二极管，所述X型有源网络包含正输入端、负输入端、正输出端和负输出端，还包含对称无源无损箝位电路，所述对称无源无损箝位电路包含第一箝位电容、第二箝位电容、第三箝位电容、第四箝位电容以及箝位二极管；所述第一箝位电容的一端连接直流电压源的正极，它的另一端连接第二箝位电容的一端，第二箝位电容的另一端连接直流电压源的负极，所述第三箝位电容的一端连接整流二极管的阴极，它的另一端连接第四箝位电容的一端，第四箝位电容的另一端连接箝位二极管的阳极，第一箝位电容与第二箝位电容的公共端连接第三箝位电容与第四箝位电容的公共端，所述X型有源网络的正输入端连接直流电压源的正极，它的正输出端连接整流二极管的阳极，它的负输入端连接直流电压源的负极，它的负输出端连接箝位二极管的阴极。
[0006]其中，上述X型有源网络包含第一电感、第二电感、第一功率开关管以及第二功率开关管，第一功率开关管的漏极作为X型有源网络的正输入端，它的源极作为X型有源网络的负输出端，第二功率开关管的漏极作为X型有源网络的正输出端，它的源极作为X型有源网络的负输入端，第一功率开关管的漏极经第一电感与第二功率开关管的漏极连接，第二功率开关管的源极经第二电感与第一功率开关管的源极连接。
[0007]其中，上述第一、第二功率开关管为MOS管。
[0008]其中，上述第一、第二功率开关管为IGBT管。
[0009]本发明还包含一种针对上述自均压双管高增益变换器的控制方法，第一功率开关管与第二功率开关管的占空比相同，且两者相隔一个延迟时间导通，且该延迟时间小于一个开关周期。
[0010]采用上述技术方案带来的有益效果是:
(1)本发明的改进点在于将X型有源网络与对称无源无损箝位电路结合起来，主功率开关管能够在电感大小、开关管结电容、开关管开关速度不一致等情况下实现输入电压突变或占空比突变或或负载突变时的动态均压，抑制电路中结电容和电感的谐振，减小主功率开关管的电压应力，提闻变换效率。另外，变换器结构简单，体积小；
(2)由仿真实验可知，本发明的变换器在采用交错控制时能够减小输入输出电流纹波，使得输入输出电容容量减小，节约成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是现有的一种有源网络升压变换器的电路拓扑图。
[0012]图2是本发明的电路结构图。
[0013]图3至图7依次为本发明在输入电压Vi=40V，第一、第二功率开关管占空比为0.5，负载电阻为100 Ω时,第一功率开关管电压Vs1、第二功率开关管电压Vs2、第一电感电流iu、第二电感电流输出电压V。的波形图。
[0014]图8至图10依次为本发明在输入电压突变、输出负载突变以及占空比突变时，功率开关管的电压波形图。
[0015]图11与图12分别为本发明在相同容量下，同步控制和交错控制的输入电流纹波图。
[0016]图13与图14分别为本发明在相同容量下，同步控制和交错控制的输出电压的纹波图。
[0017]附图中的主要符号说明:L1:第一电感、L2:第二电感、S1:第一功率开关管、S2:第二功率开关管、Cl:第一箝位电容、C2:第二箝位电容、C3:第三箝位电容、C4:第四箝位电容、Dl:整流二极管、D2:箝位二极管。
【具体实施方式】
[0018]以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
[0019]如图2所示本发明的电路结构图，一种自均压双管高增益变换器包含X型有源网络、直流电压源和整流二极管Dl，还包含对称无源无损箝位电路，所述X型有源网络包括第一电感L1、第二电感L2、第一功率开关管SI以及第二功率开关管S2，对称无源无损箝位电路包含第一箝位电容Cl、第二箝位电容C2、第三箝位电容C3、第四箝位电容C4以及箝位二极管D2 ;第一电感LI的一端连接第一功率开关管SI的漏极,第一电感LI的另一端连接第二功率开关管S2的漏极，第二电感L2的一端连接第一功率开关管SI的源极，第二电感L2的另一端连接第二功率开关管S2的源极，第一功率开关管SI的漏极连接直流电压源的正极，第二功率开关管S2的源极连接直流电压源的负极；第一箝位电容Cl的一端连接直流电压源的正极，第一箝位电容Cl的另一端连接第二箝位电容C2的一端,第二箝位电容C2的另一端连接直流电压源的负极，整流二极管Dl的阳极连接第二功率开关管S2的漏极，整流二极管Dl的阴极连接第三箝位电容C3的一端，第三箝位电容C3的另一端连接第四箝位电容C4的一端，第四箝位电容的另一端连接箝位二极管D2的阳极，箝位二极管D2的阴极连接第一功率开关管SI的源极，第一箝位电容Cl与第二箝位电容C2的公共端连接第三箝位电容C3与第四箝位电容C4的公共端。负载电阻&的两端分别连接整流二极管Dl的阴极以及箝位二极管D2的阳极。
[0020]在本实施例中，第一、第二功率开关管为MOS管或者IGBT管。
[0021]本发明还包括用于控制上述一种自均压双管高增益变换器的方法，所述第一功率开关管与第二功率开关管之间采用交错控制，第一功率开关管与第二功率开关管的占空比相同，且两者相隔一个延迟时间导通，且该延迟时间小于一个开关周期。
[0022]图3至图7为带有无源无损箝位电路的有源网络变换器在输入电压\=40ν，，第一、第二功率开关管占空比为0.5，负载电阻为100 Ω时，第一功率开关管电压Vs1、第二功率开关管电压Vs2、第一电感电流iu、第二电感电流输出电压V。的波形图。从图中可以看到第一功率开关管电压Vsi，第二功率开关管电压Vs2实现了很好的均压效果，第一功率开关管电压Vs1、第二功率开关管电压Vs2、第一电感电流iu、第二电感电流^也不存在谐振，同时保留了原电路电压增益较高的优点。
[0023]图8至图10依次为输入电压突变、输出负载突变以及占空比突变时，功率开关管的电压波形图。从图中可以看到第一功率开关管电压Vsi，第二功率开关管电压Vs2实现了很好的均压效果，可见该电路具有良好的动态响应功能。 [0024]图11与图12分别为相同容量下同步控制和交错控制的输入电流纹波图，可见，与同步控制相比，交错控制可以减小输入电流的纹波，减轻输入滤波电容的压力，采用较小容量的电容即可获得较好的滤波效果。
[0025]图13与图14分别为相同容量下同步控制和交错控制的输出电压的纹波图，可见，与同步控制相比，交错控制可以减小输出电压的纹波，减轻输出滤波电容的压力，采用较小容量的电容即可获得较好的滤波效果。
[0026]以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
【权利要求】
1.一种自均压双管高增益变换器，包含X型有源网络、直流电压源和整流二极管，所述X型有源网络包含正输入端、负输入端、正输出端和负输出端，其特征在于:还包含对称无源无损箝位电路，所述对称无源无损箝位电路包含第一箝位电容、第二箝位电容、第三箝位电容、第四箝位电容以及箝位二极管；所述第一箝位电容的一端连接直流电压源的正极，它的另一端连接第二箝位电容的一端，第二箝位电容的另一端连接直流电压源的负极，所述第三箝位电容的一端连接整流二极管的阴极，它的另一端连接第四箝位电容的一端，第四箝位电容的另一端连接箝位二极管的阳极，第一箝位电容与第二箝位电容的公共端连接第三箝位电容与第四箝位电容的公共端，所述X型有源网络的正输入端连接直流电压源的正极，它的正输出端连接整流二极管的阳极，它的负输入端连接直流电压源的负极，它的负输出端连接箝位二极管的阴极。
2.根据权利要求1所述一种自均压双管高增益变换器，其特征在于:所述X型有源网络包含第一电感、第二电感、第一功率开关管以及第二功率开关管，第一功率开关管的漏极作为X型有源网络的正 输入端，它的源极作为X型有源网络的负输出端，第二功率开关管的漏极作为X型有源网络的正输出端，它的源极作为X型有源网络的负输入端，第一功率开关管的漏极经第一电感与第二功率开关管的漏极连接，第二功率开关管的源极经第二电感与第一功率开关管的源极连接。
3.根据权利要求2所述一种自均压双管高增益变换器，其特征在于:所述第一、第二功率开关管为MOS管。
4.根据权利要求2所述一种自均压双管高增益变换器，其特征在于:所述第一、第二功率开关管为IGBT管。
5.一种针对权利要求2-5中任意一项所述自均压双管高增益变换器的控制方法，其特征在于:所述第一功率开关管与第二功率开关管的占空比相同，且两者相隔一个延迟时间导通，且该延迟时间小于一个开关周期。
【文档编号】H02M1/32GK103904892SQ201410156030
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年4月18日 优先权日:2014年4月18日
【发明者】汤雨, 付东进, 丁洁 申请人:南京航空航天大学