一种双输入三电平交错Boost变换器及其闭环控制策略的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及变换器，具体设及双输入=电平交错Boost变换器及其闭环控制策 略。
【背景技术】
[0002] 在现有的新能源分布式供电系统中，每种能源形式均需要连接一个DC/DC变换 器，将各能源变成直流输出，并联在公共的直流母线上，供给直流负载。所述结构复杂，且成 本较高。为了简化电路结构，可W用一个多输入DC/DC变换器代替多个单输入DC/DC变换 器。多输入DC/DC变换器允许多种能源输入，输入源的性质、幅值和特性可W相同，也可W 差别很大，多输入源可W分时或同时向负载供电，实现能源的优先利用，灵活性强，且降低 了系统成本。
【发明内容】
[0003] 本发明为了解决上述问题，提出了一种双输入S电平交错Boost变换器，双输入 =电平交错Boost变换器拓扑包括第一单元、第二单元、第=单元、电阻、第一低频开关、第 二低频开关、第=低频开关、第一输入源和第二输入源。所述第一单元包括第一电感、第一 开关管、第一二极管和第二电容；所述第二单元包括第二电感、第二开关管、第=二极管和 第=电容；所述第=单元包括第一电容和第二二极管。
[0004] 不难发现，第二单元为一个Boost电路，而由于第=单元的存在，第一单元也构成 一个Boost电路。因而，本发明所提电路拓扑可理解为两个Boost电路的串联，但是由于其 输入端可实现交错控制，且输入输出共地，减小了输入电流纹波和开关管电流应力。 阳0化]所述第一输入源的正极通过导线与第一低频开关的一端连接，第二输入源的正极 通过导线与第二低频开关的一端连接，所述第一输入源的负极通过导线与第二输入源的负 极并联为K节点。所述第一低频开关的另一端有两条支路，第一支路通过导线与第=低频 开关的一端连接，第=低频开关的另一端通过导线与所述第二低频开关未连接的一端，第 二支路通过导线与第一电感的一端连接。所述第一电感的另外一端通过导线同时与第一开 关管的集电极和第一电容的一端连接，所述第一开关管的发射极通过导线连接至所述K节 点。所述第一电容的另一端有两条支路，第一支路为通过导线与第二二极管的阴极连接，第 二二极管的阳极通过导线与第=二极管的阴极连接，第=二极管的阳极通过导线与第二电 感的一端连接，第二电感的另一端通过导线连接至第二低频开关与第=低频开关共同连接 的节点。所述第=二极管的阳极同时连接至第二开关管的集电极连接，第二开关管的发射 极通过导线连接至K节点。所述第一电容的第二支路通过导线与第一二极管的阳极连接， 第一二极管的阴极通过导线与第二电容的一端连接，第二电容的另一端通过导线与第=电 容的一端连接形成0节点，第=电容的另一端通过导线连接至K节点。所述第二电容与第 =电容连接的0节点处通过导线与第=二极管的阴极连接。第二电容、第=电容和0节点 共同形成的支路两端分别通过导线并联电阻，即所述的一端连接至K节点，另一端连接至 第一二极管与第二电容连接的节点。
[0006] 根据输入源的不同，可将本电路划分为分时供电模式和同时供电模式。而通过控 制第一低频开关、第二低频开关和第=低频开关的导通与关断，可实现运两种工作模式之 间的相互切换。所述变换器电路工作模式包括分时供电模式和同时供电模式。所述分时供 电模式包括第一输入源独立工作和第二输入源独立工作两种情况。所述第一输入源独立工 作时，第一低频开关和第=低频开关导通，而第二低频开关关断。所述第二输入源独立工作 时，第二低频开关和第=低频开关导通，而第一低频开关关断。所述同时供电模式时，第一 低频开关和第二低频开关导通，而第=低频开关关断。
[0007] 1)分时供电模式
[0008] 当任何一个输入源独立工作时，所述变换器的电路拓扑参考附图2所示。当第一 输入源独立工作时，附图2中的输入电压Ui。变为U1。1，而当第二输入源独立工作时，附图2 中的Uin变为Uin2。
[0009] 交错控制策略下各个开关管和二极管的开关状态，在一个开关周期内电路开关会 形成I、II、III、IV四种工作状态，参见表1所示。所述变换器的工作状态I为第一开关 管、第二开关管和第二二极管处于开启的状态，而第一二极管和第=二极管处于关闭的状 态。所述变换器的工作状态II为第二二极管、第=二极管和第一开关管处于开启的状态， 而第二开关管和第一二极管处于关闭的状态。所述变换器的工作状态III为第二开关管和 第一二极管处于开启的状态，而第二二极管、第=二极管和第一开关管处于关闭的状态。所 述变换器的工作状态IV为第一二极管和第=二极管处于开启的状态，而第一开关管、第二 开关管和第二二极管处于关闭的状态。所述图3为分时供电模式下所述变换器在一个开关 周期内电路开关四种工作状态的等效电路。
[0010] 表1开关状态
[0012] 根据开关管的占空比D大小的不同，将所述变换器分为两种工作模式：0.5《D<1和0<0<0. 5;当0. 5《0<1时，所述变换器在一个开关周期内电路开关工作状态 先后为I、II、I、III;而0 <D< 0. 5时，所述变换器在一个开关周期内电路开关工作状态 先后为IV、II、IV、III。不论所述变换器工作于哪一个工作模式，其电压增益M、第一电容、 第二电容和第=电容的电压大小分别为：
(1) 镇 阳〇1引公式1和2中Uin表不输入电压，U。表不输出电压，UC1、Uc2、Uc3分别表不第一电容 电压、第二电容电压和第=电容电压。
[0016] 平均电感电流Iu、Iu!和平均输入电流I1。大小分别为： (3) (4)
[0019] 其中，lu、1^2和I 1。分别代表第一电感的平均电流、第二电感的平均电流和输入平 均电流，R表示电阻阻值。
[0020] 第一电感和第二电感的电流纹波大小A iu、A i^2分别为：
化） 阳022] 公式巧）中t表示开关频率，Tg表示开关周期，L表示电感，其中第一电感和第二 电感值相等。
[0023] 不同的是，当0. 5《D < 1时，输入电流纹波A ii。大小为：
娘 阳02引当0 < D < 0. 5时，输入电流纹波A ii。大小为：
巧)
[0027] 图4给出了分时供电模式下所述变换器的闭环控制策略。由于第一单元与第二单 元均为Boost电路且其占空比大小相等，所W第二电容和第=电容的电压大小相等，如公 式（2)所示。因此，本发明仅对第二单元进行电压电流双闭环控制，即可实现对整个变换器 的输出电压和输入电流控制。另外，在实际应用中，考虑到二极管和开关管的导通压降，导 致第二电容与第=电容之间存在一定的电压差。为了减小电压差，实现输出端中点电位的 平衡，在闭环系统中加入一个电容电压平衡控制环。 阳0測。同时供电模式
[0029] 参见图1中，当第一低频开关、第二低频开关导通而第立低频开关关断时，第一输 入源和第二输入源同时工作，向负载提供能量，此时所述变换器电路拓扑如图5所示，其输 出电压U。、第一电容电压、第二电容电压和第S电容电压大小分别为：
(8) 巧） ㈱
[0033] 公式8、9和10中，Dl表示第一开关管占空比，D2表示第二开关管占空比。
[0034] 平均电感电流和平均输入电流分别为：
(11) (域
[0037] 同时供电模式下所述变换器的闭环控制策略如图6所示，包括电压电流双闭环I 和电压电流双闭环2。所述电压电流双闭环1控制第一单元的输入电流及输出电容电压，所 述电压电流双闭环2控制第二单元的输入电流及输出电容电压。 阳03引设定：
[0039] Uc2* = Uc3* (13) W40] Uc2*、Uc3*分别代表C2X3的参考输出电压。因此，第二电容和第立电容的电压大小 相等，不需要增加电容电