一种基于准谐振高变比Sepic变换器的软开关实现方法与流程

本发明属于变换器软开关，特别是涉及一种基于准谐振高变比sepic变换器的软开关实现方法。

背景技术：

1、在能源危机日益严重的情况下，发展新型清洁能源势在必行，光伏，燃料电池的需求日益增加。高变比直流变换器作为光伏电池板与逆变器之间的接口设备，一方面，为了充分利用光伏电池板所产生的能量，希望前级高变比直流变换器具有尽可能高的效率；另一方面，系统的高功率密度也是当今电力电子的一个发展趋势。因此，能够同时具有高效率、高功率密度的高变比直流变换器是近年来研究的重难点。目前，提高变换器的工作频率是提高系统功率密度的有效手段，频率的增高有利于感性器件的减小，从而减小变换器的体积，增大功率密度，但随着工作频率的提高，当开关管工作在硬开关状态时，系统的开关损耗也会随之增大，不利于系统效率提高。

2、因此，为尽可能地发挥高频变换器的应用优势，常常在高变比变换器中增加谐振或准谐振环节使开关器件工作在软开关状态，以减小开关损耗，提高系统的工作效率。然而，对于准谐振高变比变换器来说，软开关的可靠实现往往与变换器的电压增益和各个模态的工作状态、持续时间密切相关，因此，需要根据变换器的具体拓扑结构对软开关的实现条件做出详细分析。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有技术的问题，提出了一种基于准谐振高变比sepic变换器的软开关实现方法。

2、本发明是通过以下技术方案实现的，本发明提出一种基于准谐振高变比sepic变换器的软开关实现方法，所述基于准谐振高变比sepic变换器的工作模态主要有5个阶段，定义模态1～5的持续时间分别为td＝t2-t1＝d·t,tr1＝t3-t2,tδ＝t3-t2＝dδ·t,tr2＝t4-t3,tb＝t0-t4＝db·t，其中模态4，即t3-t4时刻，的谐振阶段是变换器实现软开关的关键阶段，该模态下，两个开关管的并联电容cq1、cq2分别通过两条回路与电感l1、l2、l3谐振，若该模态结束时，并联电容两端电压可谐振到零时，则意味着此时两个开关管两端电压为零，将电感l1、l2设为相同感值l，两开关管同步控制，则两并联电容的谐振过程完全一致。

3、进一步地，变换器中开关管实现零电压开通的条件包括电压条件；所述电压条件具体为：

4、实现软开通的条件在于模态4结束时，开关管两端电压是否归零，谐振阶段开关管两端电压可写做则根据电容两端电压电流公式可得，谐振过程中电容cq的电流为：

5、

6、其中，谐振角频率等效电感

7、由此可以得到谐振过程中的轨迹方程满足式(2)，即谐振过程中电容cq电压vcq(t)，电流icq(t)的轨迹是以(vin，0)为圆心，半径为|(vo-vin)/4|的圆；因此，可绘制出变换器在整个工作周期内的状态平面轨迹图，此时需满足半径(vo-vin)/4≥vin，即电压增益mdcm≥5时，在谐振阶段开关管漏源极两端电压可降至0，即可实现零电压开通；

8、

9、其中，谐振阶段的特性阻抗为

10、当半径(vo-vin)/4＜vin，即mdcm＜5时，开关管漏源极电压在模态4的谐振结束时刻将无法谐振至0，若不考虑电路中的寄生电阻，谐振阶段漏源极电压近似为等幅振荡，振幅为轨迹圆的直径(vo-vin)/2，此时将无法实现开关管的零电压开通；

11、对于类准谐振高变比直流变换器，谐振过程中cq两端电压可表示为：

12、vcq(t)＝acosωt+b  (3)

13、当满足vcq|ωt＝π≤0，即b≤a时，变换器满足实现软开关的电压条件。

14、进一步地，所述变换器中开关管实现零电压开通的条件包括时间条件；所述时间条件具体为：

15、以t3时刻为谐振的起始时刻，此时，漏源极两端电压达到最大，随着变换器电压增益的减小，开关管两端电压将无法谐振至0，此时为实现开关管的最低电压开通，需要控制在谐振波谷开通开关管，因此体二极管续流时间tb和谐振时间tr2应分别满足：

16、tb＝0  (4)

17、tr2＝(n+1/2)tr，n＝0，1，2……  (5)

18、其中，谐振周期

19、当已经满足软开关的电压条件时，为保证软开关的可靠实现，需在漏源极两端电压再次谐振大于0之前开通开关管，能够实现零电压开通的最大续流时间值由tb_max表示；若当tb＞tbmax时，在驱动信号到来之前漏源极电压将会发生二次谐振，无法实现零电压开通；因此，tb应满足：

20、0≤tb≤tbmax  (6)

21、其中，tbmax＝tr-2tr2。

22、本发明应用软开关技术可实现开关管的零电压开通，降低系统损耗，适合于高频化应用场合。以所采用的变换器为例，详细分析了具有准谐振环节的直流变换器的软开关可靠实现条件，使系统在较宽范围的输出功率下仍能保证良好的软开关特性和较高的工作效率。

技术特征：

1.一种基于准谐振高变比sepic变换器的软开关实现方法，其特征在于，所述基于准谐振高变比sepic变换器的工作模态主要有5个阶段，定义模态1～5的持续时间分别为td＝t2-t1＝d·t,tr1＝t3-t2,tδ＝t3-t2＝dδ·t,tr2＝t4-t3,tb＝t0-t4＝db·t，其中模态4，即t3-t4时刻，的谐振阶段是变换器实现软开关的关键阶段，该模态下，两个开关管的并联电容cq1、cq2分别通过两条回路与电感l1、l2、l3谐振，若该模态结束时，并联电容两端电压可谐振到零时，则意味着此时两个开关管两端电压为零，将电感l1、l2设为相同感值l，两开关管同步控制，则两并联电容的谐振过程完全一致。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，变换器中开关管实现零电压开通的条件包括电压条件；所述电压条件具体为：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述变换器中开关管实现零电压开通的条件包括时间条件；所述时间条件具体为：

技术总结
本发明提出一种基于准谐振高变比Sepic变换器的软开关实现方法，所述基于准谐振高变比Sepic变换器的工作模态主要有5个阶段，其中模态4的谐振阶段是变换器实现软开关的关键阶段，该模态下，两个开关管的并联电容C<subgt;Q1</subgt;、C<subgt;Q2</subgt;分别通过两条回路与电感L<subgt;1</subgt;、L<subgt;2</subgt;、L<subgt;3</subgt;谐振，若该模态结束时，并联电容两端电压可谐振到零时，则意味着此时两个开关管两端电压为零，将电感L<subgt;1</subgt;、L<subgt;2</subgt;设为相同感值L，两开关管同步控制，则两并联电容的谐振过程完全一致。本发明应用软开关技术可实现开关管的零电压开通，降低系统损耗，适合于高频化应用场合。

技术研发人员：孙天奎,谢文强,袁宇波,高磊,史明明,苏伟,郭佳豪
受保护的技术使用者：国网江苏省电力有限公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12