基于升压式Cuk双谐振的直流变换器及其控制方法技术

本发明专利技术公开一种基于升压式Cuk双谐振的直流变换器及其控制方法，所述直流变换器包括第一谐振电感、第二谐振电感和谐振电容，所述第一谐振电感与所述第一开关管串联后连接于所述第一节点与所述第三节点之间；所述第二谐振电感与所述第一二极管串联后连接于所述第一节点与所述第二节点之间；所述谐振电容连接于所述第三节点与所述第二节点之间，构成了双谐振的直流变换器。本发明专利技术提供的直流变换器及其控制方法，实现了开关管的零电流开通，二极管的零电流关断，以及全负载范围内的高效率宽电压调节范围。

【技术实现步骤摘要】
基于升压式Cuk双谐振的直流变换器及其控制方法
本专利技术涉及直流变换器
，特别是涉及一种基于升压式Cuk双谐振的直流变换器及其控制方法。
技术介绍
开关电容直流变换器有着小体积、轻重量、高效率和高功率密度等优点。但是传统的开关电容器由于自身电路特性决定，存在着开关管硬开通、充放电电流尖峰高、以及高效率的调压范围极其有限的限制因素。为解决开关管硬开通、充放电电流尖峰高的问题，公开号US20040141345A1的美国专利中提出了一种升压式谐振开关电容变换器(SCRC)。其开关管和二极管均可实现零电流(ZCS)开通/关断，充放电电流尖峰明显减小，但是其调压范围及其有限。为了进一步解决调压问题，在《IEEETransactionsonPowerElectronics》中2018年发表的《AFamilyofResonantTwo-SwitchBoostingSwitched-CapacitorConverterWithZVSOperationandaWideLineRegulationRange》中，通过改变SCRC的开关频率工作区间，不仅实现了开关管零电压(ZVS)开通、二极管零电流(ZCS)开通/关断、近似正弦的充放电电流，还实现了高效率的宽范围调压功能。然而，在轻载或者无负载运行时，该电路的调压范围将会再次变窄甚至失去调压能力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于升压式Cuk双谐振的直流变换器及其控制方法，能够解决传统开关电容硬开通、充放电电流尖峰高的问题，并能实现全负载范围内的宽范围调压。Cuk斩波电路是开关电源六种基本DC/DC变换拓扑之一，也称Cuk变换器，是由美国加州理工学院SlobodanCuk博士提出的。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种基于升压式Cuk双谐振的直流变换器，包括正输入节点、负输入节点、正输出节点和负输出节点，所述正输入节点与所述负输入节点之间为电压输入端，所述正输出节点与所述负输出节点之间为电压输出端，第一二极管和第二二极管串联后连接在所述正输入节点与所述正输出节点之间，第一开关管和第二开关管串联后连接在所述正输入节点与所述负输入节点之间，滤波电容连接在所述正输出节点与所述负输出节点之间；所述第一二极管的正极、所述第一开关管的漏极和所述正输入节点三者相交于第一节点，所述第一二极管的负极与所述第二二极管的正极之间设置第二节点，所述第一开关管的源极与所述第二开关管的漏极之间设置第三节点，所述第二开关管的源极连接于所述负输入节点与所述负输出节点之间的第四节点，所述滤波电容的一端、所述第二二极管的负极和所述正输出节点三者相交于第五节点；所述直流变换器还包括第一谐振电感、第二谐振电感和谐振电容：所述第一谐振电感与所述第一开关管串联后连接于所述第一节点与所述第三节点之间；所述第二谐振电感与所述第一二极管串联后连接于所述第一节点与所述第二节点之间；所述谐振电容连接于所述第三节点与所述第二节点之间。可选的，所述第一节点与所述第三节点之间的所述第一谐振电感与所述第一开关管依次串联；或所述第一节点与所述第三节点之间的所述第一开关管与所述第一谐振电感依次串联。可选的，所述第一节点与所述第二节点之间的所述第二谐振电感与所述第一二极管依次串联；或所述第一节点与所述第二节点之间的所述第一二极管与所述第二谐振电感依次串联。可选的，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第一二极管或所述第二二极管为金属氧化物半导体场效应管或绝缘栅双极型晶体管。本专利技术还提供了另一种基于基于升压式Cuk双谐振的直流变换器，其包括正输入节点、负输入节点、正输出节点和负输出节点，所述正输入节点与所述负输入节点之间为电压输入端，所述正输出节点与所述负输出节点之间为电压输出端，第一二极管和第二二极管串联后连接在所述正输入节点与所述正输出节点之间，第一开关管和第二开关管串联后连接在所述正输入节点与所述负输入节点之间，滤波电容连接在所述正输出节点与所述负输出节点之间；所述第一二极管的正极、所述第一开关管的漏极和所述正输入节点三者相交于第一节点，所述第一二极管的负极与所述第二二极管的正极之间设置第二节点，所述第一开关管的源极与所述第二开关管的漏极之间设置第三节点，所述第二开关管的源极连接于所述负输入节点与所述负输出节点之间的第四节点，所述滤波电容的一端、所述第二二极管的负极和所述正输出节点三者相交于第五节点；所述直流变换器还包括第一谐振电感、第二谐振电感和谐振电容：所述第一谐振电感与所述第二开关管串联后连接于所述第三节点与所述第四节点之间；所述第二谐振电感与所述第二二极管串联后连接于所述第二节点与所述第五节点之间；所述谐振电容连接于所述第三节点与所述第二节点之间。可选的，所述第三节点与所述第四节点之间的所述第一谐振电感与所述第二开关管依次串联；或所述第三节点与所述第四节点之间的所述第二开关管与所述第一谐振电感依次串联。可选的，所述第二节点与所述第五节点之间的所述第二谐振电感与所述第二二极管依次串联；或所述第二节点与所述第五节点之间的所述第二二极管与所述第二谐振电感依次串联。可选的，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第一二极管或所述第二二极管为金属氧化物半导体场效应管或绝缘栅双极型晶体管。本专利技术还提供了一种基于升压式Cuk双谐振的直流变换器的控制方法，包括：第一谐振通路包括第一谐振电感和谐振电容，第二谐振通路包括第二谐振电感和所述谐振电容；计算所述第一谐振通路的谐振频率计算所述第二谐振通路的谐振频率其中Lr1为所述第一谐振电感的电感值，Cr为所述谐振电容的电容值，Lr2为所述第二谐振电感的电感值；设定第一开关管的开通时间为固定值，其中fr1为第一谐振通路的谐振频率；计算第一中间变量其中fs为所述第一开关管开关频率，k为谐振频率系数，计算第二中间变量m＝CrRLf，其中Cr所述谐振电容的电容值，RL为负载电阻；按照公式(1)——(4)调节所述第一开关管频率fs的大小，调节输出电压：其中，Vcr为所述谐振电容两端电压；Vcr_max,Vcr_mir分别为所述谐振电容两端电压的最大值和最小值；Vin为输入端电压，Vout为输出端电压；M为输入端电压与输出端电压的电压增益；Mcr_max为所述谐振电容两端的电压与输入端间的归一化最大值；Mcr_min为所述谐振电容两端的电压与输入端间的归一化最小值。可选的，在一个周期中，所述第一开关管的开通时间和所述第二开关管的开通时间互补。与现有技术相比，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供的基于升压式Cuk双谐振的直流变换器及其控制方法，利用两个谐振电感与一个谐振电容构成了双谐振的直流变换器，实现了开关管的零电流(ZCS)开通，二极管的零电流(ZCS)关断，以及全负载范围内的高效率宽电压调节范围。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为传统的升压式直流变换器的电路示意图。图2为本专利技术实施例1的基于升压式Cuk双谐振的直流变换器的电路示意图；图3为本专利技术实施例1的基于升压式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于升压式Cuk双谐振的直流变换器，所述直流变换器包括正输入节点、负输入节点、正输出节点和负输出节点，所述正输入节点与所述负输入节点之间为电压输入端，所述正输出节点与所述负输出节点之间为电压输出端，第一二极管和第二二极管串联后连接在所述正输入节点与所述正输出节点之间，第一开关管和第二开关管串联后连接在所述正输入节点与所述负输入节点之间，滤波电容连接在所述正输出节点与所述负输出节点之间；所述第一二极管的正极、所述第一开关管的漏极和所述正输入节点三者相交于第一节点，所述第一二极管的负极与所述第二二极管的正极之间设置第二节点，所述第一开关管的源极与所述第二开关管的漏极之间设置第三节点，所述第二开关管的源极连接于所述负输入节点与所述负输出节点之间的第四节点，所述滤波电容的一端、所述第二二极管的负极和所述正输出节点三者相交于第五节点，其特征在于，所述直流变换器还包括第一谐振电感、第二谐振电感和谐振电容：所述第一谐振电感与所述第一开关管串联后连接于所述第一节点与所述第三节点之间；所述第二谐振电感与所述第一二极管串联后连接于所述第一节点与所述第二节点之间；所述谐振电容连接于所述第三节点与所述第二节点之间。...

【技术特征摘要】
1.一种基于升压式Cuk双谐振的直流变换器，所述直流变换器包括正输入节点、负输入节点、正输出节点和负输出节点，所述正输入节点与所述负输入节点之间为电压输入端，所述正输出节点与所述负输出节点之间为电压输出端，第一二极管和第二二极管串联后连接在所述正输入节点与所述正输出节点之间，第一开关管和第二开关管串联后连接在所述正输入节点与所述负输入节点之间，滤波电容连接在所述正输出节点与所述负输出节点之间；所述第一二极管的正极、所述第一开关管的漏极和所述正输入节点三者相交于第一节点，所述第一二极管的负极与所述第二二极管的正极之间设置第二节点，所述第一开关管的源极与所述第二开关管的漏极之间设置第三节点，所述第二开关管的源极连接于所述负输入节点与所述负输出节点之间的第四节点，所述滤波电容的一端、所述第二二极管的负极和所述正输出节点三者相交于第五节点，其特征在于，所述直流变换器还包括第一谐振电感、第二谐振电感和谐振电容：所述第一谐振电感与所述第一开关管串联后连接于所述第一节点与所述第三节点之间；所述第二谐振电感与所述第一二极管串联后连接于所述第一节点与所述第二节点之间；所述谐振电容连接于所述第三节点与所述第二节点之间。2.根据权利要求1所述的基于升压式Cuk双谐振的直流变换器，其特征在于，所述第一节点与所述第三节点之间的所述第一谐振电感与所述第一开关管依次串联；或所述第一节点与所述第三节点之间的所述第一开关管与所述第一谐振电感依次串联。3.根据权利要求2所述的基于升压式Cuk双谐振的直流变换器，其特征在于，所述第一节点与所述第二节点之间的所述第二谐振电感与所述第一二极管依次串联；或所述第一节点与所述第二节点之间的所述第一二极管与所述第二谐振电感依次串联。4.根据权利要求1所述的基于升压式Cuk双谐振的直流变换器，其特征在于，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第一二极管或所述第二二极管为金属氧化物半导体场效应管或绝缘栅双极型晶体管。5.一种基于升压式Cuk双谐振的直流变换器，所述直流变换器包括正输入节点、负输入节点、正输出节点和负输出节点，所述正输入节点与所述负输入节点之间为电压输入端，所述正输出节点与所述负输出节点之间为电压输出端，第一二极管和第二二极管串联后连接在所述正输入节点与所述正输出节点之间，第一开关管和第二开关管串联后连接在所述正输入节点与所述负输入节点之间，滤波电容连接在所述正输出节点与所述负输出节点之间；所述第一二极管的正极、所述第一开关管的漏极和所述正输入节点三者相交于第一节点，所述第一二极管的负极与所述第二二极管的正极之间设置第二节点，所述第一开关管的源极与所述第二开关管的漏极之间设置第三节点，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李守翔，王向周，郑戍华，梁胜男，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11