零电压开关的三电平Buck变换器及其控制方法技术

本发明专利技术涉及一种零电压开关的三电平Buck变换器及其控制方法，电容C

【技术实现步骤摘要】
零电压开关的三电平Buck变换器及其控制方法
本专利技术涉及一种零电压开关的三电平Buck变换器及其控制方法，属于电力电子变换器。
技术介绍
光伏并网发电是人们利用光伏发电技术的主要方向，现在已经在城乡得到了广泛的应用。目前，传统的三电平Buck变换器见图2所示，包括开关管Q1和Q2，电容一端C1接开关管Q1的源极和Q2漏极之间、另一端接在续流二极管D1和D2之间，该电路结构具有结构简单的优点。但要实现较高的降压比时，会造成开关损耗同时增加，不仅电路效率低，而且较大的占空比会导致开关管的温升。因此，如何减小开关损耗，提高电路效率成为研究热点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能实现了开关管零电压导通，减小开关损耗，提高电路效率的零电压开关的零电压开关的三电平Buck变换器及其控制方法。本专利技术为达到上述目的的技术方案是：一种零电压开关的三电平Buck变换器，其特征在于：包括原边开关管Q1、Q2、Q3，电容C1、C2、C3，开关管的体二极管D1、D2、D3，变压器的原边绕组Np1、Np2和副边绕组Ns1及副边整流桥，其中电容C1、C2、C3和体二极管D1、D2、D3并接在各自对应的开关管Q1、Q2、Q3的漏极和源极上；所述开关管Q1的漏极接直流电源Vdc正极、源极接开关管Q2的漏极，开关管Q2的源极经原边绕组Np2接开关管Q3的源极，开关管Q3的漏极一路经原边绕组Np1跨接在开关管Q1与开关管Q2的接点上、另一路接开关管Q2与电容C4的接点上，开关管Q3的源极接直流电源Vdc负极；所述副边整流桥的输入侧接副边绕组Ns1、输出侧接LC滤波电路；所述的LC滤波电路包括漏感L1、电容C5和电阻R，电容C5与电阻R并联后一端经漏感L1接副边整流桥输出侧的一端、另一端接副边整流桥输出侧的另一端。本专利技术零电压开关的三电平Buck变换器的控制方法，其特征在于：按时序工作，具有以下六种工作模态；其中，所述的原边绕组Np1的匝数和原边绕组Np2的匝数相同，即Np1＝Np2＝W1，副边绕组Ns1的匝数＝W2，变压器的匝数比n＝W2/W1，而t0、t1、t2、t3、t4、t5为六个工作模态的起始时刻，t6为单周期的最终时刻，t为变换器工作时刻；⑴、在t0≤t≤t1之间的工作模态1：在t0之前，续流二极管D3导通；t0时刻之后，开通开关管Q1，关断开关管Q2和Q3，在此工作模态中，开关管Q3零电压开通，原边的电流Iin、副边电压Vfu表示为：Vfu＝n(Vin+VC4)；式中的Io1为变换器处于工作模态1时的输出电流，D为变换器的占空比，Vc4为电容C4两端电压，Vin为输入电压；⑵、在t1＜t≤t2之间的工作模态2：在t1时刻之后，漏感L1对寄生电容C1充电，开关管Q1电压线性上升，在此工作模态中，开关管Q1零电压关断，开关管Q1两边电压表示为：VC1＝nIo2Z1Sinω1(t-t1)；式中的Io2为变换器处于工作模态2时的输出电流，Z1为特征阻抗，即ω1是电流转角，即⑶、在t2＜t≤t3之间的工作模态3：在t2时刻之后，导通开关管Q3，关断开关管Q1和Q2，在此开关模态中,开关管Q2零电压开通，电容C2两端的电压表示为：VC2＝Vin+VC2-nIo3Z2Sinω2(t-t2)；式中的Io3为变换器处于工作模态3时的输出电流，Z2为特征阻抗，即ω2是电流转角，即⑷、在t3＜t≤t4之间的工作模态4：在t3时刻之后，漏感L1给电容C3放电，开关管Q3两端电压线性上升，在此开关模态中，开关管Q3零电压关断，电容C3两端电压表示为：VC3＝nIo4Z3Sinω3(t-t3)；式中的Io4为变换器处于工作模态4时的输出电流，Z3为特征阻抗，即ω3是电流转角，即⑸、在t4＜t≤t5之间的工作模态5：在t4时刻之后，漏感L1给电容C1放电，电容C1的电压线性下降，在此开关模态中，开关管Q1零电压开通，电容C1两端电压表示为：VC1＝Vin-nIo5Z1Sinω(t-t4)；式中的Io5为变换器处于工作模态5时的输出电流；⑹、在t5＜t≤t6之间的工作模态6：在t5时刻之后，漏感L1对电容C2充电，VC2线性上升，在此开关模态中，开关管Q2零电压关断，电容C2两端电压表示为：VC2＝nIo6Z2Sinω2(t-t5)；式中的Io6为变换器处于工作模态6时的输出电流；其中，上述电容C1、C2和C3的容值相同。本专利技术的三电平Buck变换器增加了开关管Q3，将开关管Q2的源极经原边绕组Np2接开关管Q3的源极，开关管Q3的漏极一路经原边绕组Np1跨接在开关管Q1与开关管Q2的接点上、另一路接开关管Q2与电容C4的接点上，将开关管Q1的漏极及开关管Q3的源极接直流电源Vdc的正、负极上，通过增加开关管的数量，同时将原边绕组Np1及原边绕组Np2和电容C4与开关管Q1、Q2、Q3连接，而改进电路结构，通过连接在各开关管上的寄生电容及变压器的漏感L1储能实现零电压开关，有效地减小了开关管的损耗，提高了电路效率，同时也保留了传统三电平Buck电路减小开关管电压应力和减小电感的优点。本专利技术电路中的各开关管均能实现软开关，通过合理地控制变换器中各开关管的导通顺序，不仅具有减小开关管承受电压，减小滤波电感的优点，本专利技术三电平Buck变换器适用于车载电源、光伏发电等应用场合。附图说明下面结合附图对本专利技术的实施例作进一步的详细描述。图1是传统的三电平Buck电路原理图。图2是本专利技术零电压开关的三电平Buck变换器的电路原理图。图3是本专利技术零电压开关的三电平Buck变换器工作模态1的电路原理图。图4是本专利技术零电压开关的三电平Buck变换器工作模态2的电路原理图。图5是本专利技术零电压开关的三电平Buck变换器工作模态3的电路原理图。图6是本专利技术零电压开关的三电平Buck变换器工作模态4的电路原理图。图7是本专利技术零电压开关的三电平Buck变换器工作模态5的电路原理图。图8是本专利技术零电压开关的三电平Buck变换器工作模态6的电路原理图。具体实施方式见图2～8所示，本专利技术的零电压开关的三电平Buck变换器，包括原边开关管Q1、Q2、Q3，电容C1、C2、C3，开关管的体二极管D1、D2、D3，变压器的原边绕组Np1、Np2和副边绕组Ns1及副边整流桥，副边整流桥包含二极管D4～D7。电容C1、C2、C3和体二极管D1、D2、D3并接在各自对应的开关管Q1、Q2、Q3的漏极和源极上，电路通过抽走电容的能量来实现零电压导通，有效地减小了开关损耗，达到了提高电路效率的目的，见图2所示，本专利技术各体二极管正极接对应开关管的源极、负极接开关管的漏极，本专利技术的开关管Q1、Q2、Q3均为MOSFET管。见图2所示，本专利技术开关管Q1的漏极接直流电源Vdc正极、源极接开关管Q2的漏极，开关管Q2的源极经原边绕组Np2接开关管Q3的源极，开关管Q3的漏极一路经原边绕组Np1跨接在开关管Q1与开关管Q2的接点上、另一路接开关管Q2与电容C4的接点上，且开关管Q3的源极接直流电源Vdc负极。见图2所示，本专利技术副边整流桥的输入侧接副边绕组Ns1、输出侧接LC滤波电路，本专利技术的副边整流桥采用二极管D4、D5、D6和D7组成的全桥电路，而LC滤波电路包括漏感L1、电容C5和电阻R，电容C5与电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种零电压开关的三电平Buck变换器，其特征在于：包括原边开关管Q

【技术特征摘要】
1.一种零电压开关的三电平Buck变换器，其特征在于：包括原边开关管Q1、Q2、Q3，电容C1、C2、C3，开关管的体二极管D1、D2、D3，变压器的原边绕组Np1、Np2和副边绕组Ns1及副边整流桥，其中电容C1、C2、C3和体二极管D1、D2、D3并接在各自对应的开关管Q1、Q2、Q3的漏极和源极上；所述开关管Q1的漏极接直流电源Vdc正极、源极接开关管Q2的漏极，开关管Q2的源极经原边绕组Np2接开关管Q3的源极，开关管Q3的漏极一路经原边绕组Np1跨接在开关管Q1与开关管Q2的接点上、另一路接开关管Q2与电容C4的接点上，开关管Q3的源极接直流电源Vdc负极；所述副边整流桥的输入侧接副边绕组Ns1、输出侧接LC滤波电路；所述的LC滤波电路包括漏感L1、电容C5和电阻R，电容C5与电阻R并联后一端经漏感L1接副边整流桥输出侧的一端、另一端接副边整流桥输出侧的另一端。2.根据权利要求1所述的零电压开关的三电平Buck变换器，其特征在于：所述开关管Q1、Q2、Q3均为MOSFET管。3.根据权利要求1所述的零电压开关的三电平Buck变换器的控制方法，其特征在于：按时序工作，具有以下六种工作模态；其中，所述的原边绕组Np1的匝数和原边绕组Np2的匝数相同，即Np1＝Np2＝W1，副边绕组Ns1的匝数＝W2，变压器的匝数比n＝W2/W1，而t0、t1、t2、t3、t4、t5为六个工作模态的起始时刻，t6为单周期的最终时刻，t为变换器工作时刻；⑴、在t0≤t≤t1之间的工作模态1：在t0之前，续流二极管D3导通；t0时刻之后，开通开关管Q1，关断开关管Q2和Q3，在此工作模态中，开关管Q3零电压开通，原边的电流Iin、副边电压Vfu表示为：Vfu＝n(Vin+VC4)；式中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅强，史旭，李倩，王毅，赵善麒，
申请(专利权)人：江苏宏微科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32