基于移相控制的两电容scc拓扑结构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及一种基于移相控制的两电容see拓扑结构技术，特别设及一种两 电容see拓扑结构及其移相控制策略。
【背景技术】
[0002] 谐振变换器适应了高频化开关的需求，然而传统的变频控制方式由于其宽范围变 化的工作频率降低了谐振变换器磁性元器件的性能，不利于磁性元件的优化设计。谐振变 换器的输出常因为元件参数的误差W及输入的扰动而使输出特性具有误差W及不确定性， 难W精确的控制。此外，变频控制方式下由于磁性元件的设计考虑也使输出的控制范围有 限；为此提出新型的两电容SCCXSwitched-Controlled Capacitor)结构改变谐振回路的等 效电容W调控变换器的输出特性，从而谐振变换器可W大范围内工作在恒频状态。通过控 审IJSCC开关管的导通与关断来调控see结构等效电容值。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于移相控制的两 电容see拓扑结构，该see结构适用于谐振变换器领域，可W使谐振变换器在恒频工作状态 下实现输出特性的可控性。
[0004] 本实用新型的目的通过下述技术方案实现:一种基于移相控制的两电容see拓扑 结构，包括:第一电容打、第二电容C2、第一开关管Si和第二开关管S2;第一电容Cl的正极和第 二电容C2的正极相连接;第一电容Cl的负极和第一开关管Si的漏极连接，第二电容C3的负极 与第二开关管S2的源极连接;第一开关管Si的源极和第二开关管S2的漏极相连接;控制信号 接入第一开关管Si和第二开关管S2的栅极，通过移相角α的大小控制开关管的导通时间从而 控制等效电容Ceq;第一开关管Si和第二开关管S2的导通时间相差半个周期。
[0005] 所述第一电容Cl和第二电容C2的电容值相等，W确保所述see结构的对称性，保证 其抗扰性能。
[0006] 采用固定的频率控制第一开关管Si和第二开关管S2,采用变化的移相角控制第一 开关管Si和第二开关管S2;第一开关管Si和第二开关管S2的导通时间相差半个周期，即导通 时间的相位差为180°。
[0007] 所述变化的占空比是指通过改变移相角α的大小，调节等效电容的值，W调控谐振 变换器的输出。
[000引see等效电容值与电容一个周期内的电荷量Q成正比，see等效电容为：
[0009]
[0010] 其中，公，为第一电容Cl在正常同等条件完整半个周期下的电荷量，Δ&,为第一电 容Cl在see结构中半个周期的电荷量;Qc2为第二电容C2在正常同等条件完整半个周期下的 电荷量，Δ Qc2为第二从电容C2在see结构中半个周期的电荷量。
[0011] 本实用新型的see结构中：第一开关管Si和第一电容Cl串联后与第二开关管S2和第 二电容C2串联后相互并联;其中，第一开关管Si和第二开关管S2的极性相反;第一电容Cl和 第二电容C2的电容值相等;第一开关管Si和第二开关管S2具有有续流二极管;第一开关管Si 和第二开关管S2导通时间相差半个周期，为固定的频率控制和变化移相角α控制，通过控制 移相角α的大小W改变see结构等效电容Ceq的值进而实现对谐振变换器输出特性的调控。所 述see结构的移相角控制平滑、连续，两个开关管均能实现软开关，开关损耗小，效率高，对 于谐振变换器输出特性调控具有很高的可行性和实用性。
[0012] 本实用新型相对于现有技术具有如下的优点及效果：
[0013] (1)第一开关管Si和第二开关管S2导通时间相差半个周期W及两个相等的第一电 容Cl和第二电容C2,使得see的工作在正负半周期内对称，因此抗干扰性强，并且比单边结构 更为稳定。
[0014] (2)本实用新型在see结构中，通过固定的频率控制和变化的移相角控制，移相角 控制第一从电容Cl和第二从电容C3的作用时间W调节改变等效电容Ceq的值。
[001引（3)本实用新型中控制移相角α有效调节范围为45°含(1。80°，可W实现对see等效 电容Ceq的单调、平滑的控制，控制范围大。
[0016] (4)本实用新型中see结构里面第一开关管Si和第二开关管S2导通前其反并联二极 管导通通流，开关管可W实现ZVS软开关，损耗小，效率高。
【附图说明】
[0017]图1是一种基于移相控制的两电容see拓扑结构图。
[0018] 图2(a)是一种基于移相控制的两电容see拓扑结构的工作波形分析图。
[0019] 图2(b)是一种基于移相控制的两电容see拓扑结构的工作波形分析模态1的示意 图。
[0020] 图2(c)是一种基于移相控制的两电容see拓扑结构的工作波形分析模态2的示意 图。
[0021] 图2(d)是一种基于移相控制的两电容see拓扑结构的工作波形分析模态3的示意 图。
[0022] 图2(e)是一种基于移相控制的两电容see拓扑结构的工作波形分析模态4的示意 图。
[0023] 图2(f)是一种基于移相控制的两电容see拓扑结构的工作波形分析模态5的示意 图。
[0024] 图2(g)是一种基于移相控制的两电容see拓扑结构的工作波形分析模态6的示意 图。
[0025] 图3是一种基于移相控制的两电容see拓扑结构等效电容Ceq/C随移相角α的变化曲 线图。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施 方式不限于此。
[0027]实施例
[00%]如图1所示，一种基于移相控制的两电容SCC拓扑结构。所述SCC结构单元包含:第 一电容Cl、第二电容C2、第一开关管Si和第二开关管S2;第一电容Cl的正极和第二电容C2的正 极相连接;第一电容Cl的负极和第一开关管Si的漏极连接，第二电容C2的负极与第二开关管 S2的源极连接;第一开关管Si的源极和第二开关管S2的漏极相连接;控制信号接入第一开关 管Si和第二开关管S2的栅极，通过移相角α的大小控制开关管的导通时间从而控制等效电容 Ceq;第一开关管Si和第二开关管S2的导通时间相差半个周期。
[0029] 下面结合附图对SCC结构的工作波形和模态图，说明本实用新型的工作原理。
[0030] 如图2(a)、图2(b)、图2(c)、图2(d)、图2(e)、图2(f)和图2(g)所示，可W分为六种 不同的工作模态，对应to~t6六个模态：
[0031] 1)模态l[to~ti]:to时刻，第二开关管S2关断，第一开关管Si驱动导通，但此时ici 为负第一开关管Si反并联二极管导通所WM0S管没有电流通过，iEi = i。;第一电容Cl持续放 电，直到tl时刻第一电容Cl电压降至电压最小值Uceqmin。
[00创 2)模态2[ti~t2]:ti时刻，电流ici过零由负转正，第一开关管Si的M0S管开始有电 流通过，电流icl = iC ;第一电容Cl充电，至Ij t2时刻，电容电压充电至Uclt2 = Uc2t2 = Uc2min。
[0033] 3)模态3[t2~t3]:在t2时亥Ij，第一电容Cl电压等于第二电容C2电压，即Ucl = Uc2,第 一电容Cl继续充电Ucl>Uc2,第二开关管S2的反并联二极管导通，第二开关管S2两端电压被 错位至零，在此模态内可W实现第二开关管S2的ZVS软开关;模态内，电流icl = ic2=ic/2,第 一电容Cl、第二电容C2同时充电；直到t3时刻，第一开关管Si关断信号到来，第一电容Cl充电 至巧大电压Uclmaxo
[0034] 4)模态4[t3~t4]:t3时刻，第二开关管S2导通信号到来，但第二电容C2电流为正，仍 旧第二开关管S2反并联二极管导通，第二开关管S2中M0S管没有电流通过，电流ic2 = ic;到t4 时刻，电流ic2过零点由正转负，第二电容C2充电至电压最大值Uceqmax。
[00对 5)模态5[t4~t5]:t4时刻，第二开关管S2中M0S管开始有电流通过，电流ic2=ic;第 二电容C2电压降低，菌J t日时刻电压降至Uc2t日=Ucl1;己。
[0036] 6)模态6[t日~t6]:t日时刻，Uc2 = Ucl，第二电容C2继续放电，之后第一开关管Si反并 联二极管导通，第一开关管Si两端电压被错位至零，此模态内第一开关管Si可W实现ZVS软 开关;电流ici = ic2 = ic/2，电容Cl、C2同时放电；到t6时刻，第二开关管S2关断信号到来，第二 电容C2放电电压降至最小值Uc2min ;第一开关管Si开通信号到来，之后重复[t0-t6]周期。
[0037] 分析可得，在模态3与模态6中，第一开关管Si与第二开关管S2并联的反接二极管分 别导通，因此在此模态内第一开关管Si与第二开关管S2可分别实现零电压开通，实现ZVS开 关。
[0038] SCC等效电容值与电容一个周期内的电荷量Q成正比，SCC等效电容为：
[0039]
[0040] 其中，么，为第一电容Cl在正常同等条件完整半个周期下的电荷量，Δ么，为第一电 容Cl在SCC结构中半个周期的电荷量;Qc2为第二电容C2在正常同等条件完整半个周期下的 电荷量，Δ Qc2为第二电容C2在see结构中半个周期的电荷量。
[0041] 如图3所示，为移相角α控制的归一化等效电容图，显示了等效电容Ceq随移相角α的 变化曲线，控制移相角α，可W实现对see等效电容Ceq的单调、平滑的控制，控制范围大。
[0042] 上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述 实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替 代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于移相控制的两电容see拓扑结构，其特征在于，包括:第一电容(Ci)、第二电 容(C2)、第一开关管(Si)和第二开关管(S2);第一电容(Cl)的正极和第二电容(C2)的正极相 连接;第一电容(Cl)的负极和第一开关管(Si)的漏极连接，第二电容(C2)的负极与第二开关 管(&)的源极连接;第一开关管(&)的源极和第二开关管(&)的漏极相连接。2. 根据权利要求1所述的基于移相控制的两电容SCC拓扑结构，其特征在于，所述第一 电容(C0和第二电容(C2)的电容值相等，所述第一电容(&)的结构和第二电容(C 2)的结构 互相对称。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于移相控制的两电容SCC拓扑结构，包括：第一电容C1、第二电容C2、第一开关管S1和第二开关管S2；两个电容分别串联了极性相反的第一开关管S1和第二开关管S2，开关管两端反向并联二极管；两个开关管第一开关管S1和第二开关管S2的导通时间相差半个周期，为固定频率、移相控制，通过控制移相角ɑ的大小以改变SCC结构等效电容Ceq的值进而实现对谐振变换器输出特性的调控。本实用新型具有开关损耗小和效率高等优点。
【IPC分类】H02M1/00
【公开号】CN205336087
【申请号】CN201521143649
【发明人】曾君, 孙伟华, 刘俊峰
【申请人】华南理工大学
【公开日】2016年6月22日
【申请日】2015年12月31日