一种Buck端耦合电感式升降压变换电路及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种Buck端耦合电感式升降压变换电路，属于直流非隔离变换技术，在宽的输入电压范围内能够实现输出电压稳定；本发明专利技术主要利用耦合电感、三只功率开关管和三只续流二极管实现升降压功能，保证输出电压稳定。本发明专利技术中Buck端耦合电感中的电流工作在断续模式，能够实现Buck端两只功率开关管零电流开通、Buck端两个续流二极管零电流关断，消除Buck端两只二极管反向恢复问题，从而实现了软开关功能，提高了变换电路的效率；不需要均流控制，即使Buck端两个功率开关管占空比略有不同，仍然能够实现耦合电感中两个电感电流均流。本发明专利技术适用于宽输入的电动汽车、燃料电池、光伏发电和风力发电等新能源供电系统等场合。

【技术实现步骤摘要】
一种Buck端耦合电感式升降压变换电路及控制方法
本专利技术涉及一种电能变换装置中的直流非隔离变换装置，更具体地说，它涉及一种非隔离直流升降压功能的变换器。
技术介绍
燃料电池供电、新能源发电(光伏发电、风力发电等)、新能源汽车等得到了大力发展。然而，在这些场合都有一个共同的特点：随着外部自然条件和使用环境的变化，它们的输出电压波动范围较大，通常无法直向负载供电。因此，需要一个宽输入电压功率变换器作为它们的后级变换器，经其稳压后再向用电设备提供高质量电能。该宽输入电压功率变换器具有升降压功能，即升降压功率变换器。在升降压功率变换器当中，常见的有隔离型反激变换器和非隔离型单管Buck-Boost变换器、Cuk、Zeta、SEPIC变换器以及双管Buck-Boost变换器等几种。单管Buck-Boost、Cuk、Zeta和SEPIC变换器的开关管和二极管的电压应力均为输入、输出电压之和；而双管Buck-Boost变换器的开关管和二极管的电压应力分别等于输入电压和输出电压，比Buck-Buck、Cuk、Zeta和SEPIC变换器的器件电压应力低。又由于双管Buck-Boost变换器有两个功率开关管，控制自由度大，控制策略较多，所以双管Buck-Boost变换器研究和应用也常见。但是，在现有双管Buck-Boost变换器功率开关管通常工作在硬开关状态，不利于进一步提高效率和降低EMI。本专利技术的目的在于解决双管Buck-Boost变换器中的Buck电路中开关管和二极管的硬开关问题，专利技术一种Buck端耦合电感式升降压变换电路及控制方法，该变换器适用于电动汽车、燃料电池、直流微网以及新能源发电(光伏发电和风力发电等)系统等场合。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种Buck端耦合电感式升降压变换电路，本专利技术提供了如下技术方案：一种Buck端耦合电感式升降压变换电路，包括输入直流电压源、降压电路、耦合电感、升压电路和输出端滤波电容，所述输入直流电压源包括输入直流电压源Uin，输入直流电压源Uin的正极分别与第一功率开关管S1的漏极和第二功率开关管S2的漏极相连接；所述降压电路包括第一功率开关管S1、第一续流二极管D1、第二功率开关管S2、第二续流二极管D2，第一功率开关管S1的源极与第一续流二极管D1的阴极相连接，两者接头处与耦合电感中电感L1的同名端相连接，第二功率开关管S2的源极与第二续流二极管D2的阴极相连接，两者接头处与耦合电感中电感L2的同名端相连接，第一续流二极管D1的阳极和第二续流二极管D2的阳极相连接，两者接头处与输入直流电压源Uin的负极相连接；所述耦合电感包括耦合电感中电感L1、电感L2，电感L1的另一端与电感L2的另一端连接，两者接头处与第三功率开关管S3的漏极相连接；所述升压电路包括第三功率开关管S3、第三续流二极管D3、第三功率开关管S3的漏极与第三续流二极管D3阳极相连接，第三续流二极管D3的阴极与输出滤波电容C的正极相连接；第三功率开关管S3的源极与第一续流二极管D1的阳极和第二续流二极管D2的阳极接头处相连接；所述输出端滤波电容包括输出滤波电容C，输出滤波电容C的负极与第三功率开关管S3的源极相连接。进一步地，还包括电压环控制器、电流环控制器和PWM发生器。进一步地，以权利要求2中的输出端滤波电容C端输出电压Uout为控制对象进行控制的，其步骤如下所述：S1:输出滤波电容C端输出电压Uout的基准信号Uoutref与输出滤波电容C端输出电压Uout的差值经电压环控制器中的电压调节器得到第一控制信号uc1；S2：第一控制信号uc1作为电流环控制器中的电流调节器中的耦合电感电流的参考值与电感L1、L2的电流iL1、iL2之和的差值经电流环控制器中的电流调节器得到第二控制信号uc2；S3：将第二控制信号uc2送入PWM发生器中的PWM发生器1，与载波信号Tr1产生第一功率开关管S1驱动信号Ugs1；S4：将第二控制信号uc2送入PWM发生器中的PWM发生器2，与载波信号Tr2(与Tr1相位差180度)产生第二功率开关管S2驱动信号Ugs2；S5：PWM发生器中第一功率开关管S1驱动信号Ugs1和第二功率开关管S2驱动信号Ugs2经过或运算器，产生第三功率开关管S3驱动信号Ugs3。综上所述，本专利技术具有以下有益效果：一种Buck端耦合电感式升降压变换电路及控制方法，由于采用耦合电感和交错并联Buck电路，不但实现了Buck端的两个交错并联Buck电路中开关管零电压/零电流开关、二极管零电流关断，而且实现了耦合电感中两个电感均流。一种Buck端耦合电感式升降压变换电路及控制方法可采用常用的PWM控制芯片(比如UC3525等)，变换电路的效率高、控制方案简单、易于实现。附图说明图1为本专利技术一种Buck端耦合电感式升降压变换电路及控制方法的电路图；图2为本专利技术一种Buck端耦合电感式升降压变换电路及控制方法的控制原理图；图3为本专利技术一种Buck端耦合电感式升降压变换电路及控制方法各个开关模态等效波形图；图4为本专利技术一种Buck端耦合电感式升降压变换电路及控制方法各个开关模态等效电路图；图4(a)为本专利技术一种Buck端耦合电感式升降压变换电路及控制方法工作模态1示意图；图4(b)为本专利技术一种Buck端耦合电感式升降压变换电路及控制方法工作模态2示意图；图4(c)为本专利技术一种Buck端耦合电感式升降压变换电路及控制方法工作模态3示意图；图4(d)为本专利技术一种Buck端耦合电感式升降压变换电路及控制方法工作模态4示意图；图4(e)为本专利技术一种Buck端耦合电感式升降压变换电路及控制方法工作模态5示意图；图4(f)为本专利技术一种Buck端耦合电感式升降压变换电路及控制方法工作模态6示意图；图5为本专利技术一种Buck端耦合电感式升降压变换电路及控制方法输入直流电压源电压Uin在20V至60V之间变化时输入直流电压源电压Uin和输出电压Uout仿真波形图；图6为本专利技术一种Buck端耦合电感式升降压变换电路及控制方法输入直流电压源电压Uin等于20V时驱动信号(Ugs1、Ugs2和Ugs3)、电感电流(iL1和iL2)、电感电流之和(iL1+iL2)、第一续流二极管D1电流iD1以及第二续流二极管D2电流iD2波形展开图；图7为本专利技术一种Buck端耦合电感式升降压变换电路及控制方法输入直流电压源电压Uin等于60V时驱动信号(Ugs1、Ugs2和Ugs3)、电感电流(iL1和iL2)、电感电流之和(iL1+iL2)、第一续流二极管D1电流iD1以及第二续流二极管D2电流iD2波形展开图；图中：1、输入直流电压源；2、降压电路；3、耦合电感；4、升压电路；5输出端滤波电容；6、电压环控制器；61、电压调节器；7、电流环控制器；71、电流调节器；8、PWM发生器；81、PWM发生器1；82、PWM发生器2；83或运算。具体实施方式各类电压、信号的说明：Uin输入直流电压源电压；Uout输出电压；uc1电压环控制器输出第一控制信号；uc2电流环控制器输出第二控制信号；Tr1锯齿载波信号1；Tr2锯齿载波信号2(与Tr1相位差180度)；L1耦合电感的电感；L2耦合电感的电感；Ugs1第一功率本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Buck端耦合电感式升降压变换电路，包括输入直流电压源(1)、降压电路(2)、耦合电感(3)、升压电路(4)和输出端滤波电容(5)，其特征在于：所述输入直流电压源(1)包括输入直流电压源Uin，输入直流电压源Uin的正极分别与第一功率开关管S1的漏极和第二功率开关管S2的漏极相连接；所述降压电路(2)包括第一功率开关管S1、第一续流二极管D1、第二功率开关管S2、第二续流二极管D2，第一功率开关管S1的源极与第一续流二极管D1的阴极相连接，两者接头处与耦合电感中电感L1的同名端相连接，第二功率开关管S2的源极与第二续流二极管D2的阴极相连接，两者接头处与耦合电感中电感L2的同名端相连接，第一续流二极管D1的阳极和第二续流二极管D2的阳极相连接，两者接头处与输入直流电压源Uin的负极相连接；所述耦合电感(3)包括耦合电感中的电感L1、电感L2，电感L1的另一端与电感L2的另一端连接，两者接头处与第三功率开关管S3的漏极相连接；所述升压电路(4)包括第三功率开关管S3、第三续流二极管D3、第三功率开关管S3的漏极与第三续流二极管D3阳极相连接，第三续流二极管D3的阴极与输出滤波电容C的正极相连接；第三功率开关管S3的源极与第一续流二极管D1的阳极和第二续流二极管D2的阳极接头处相连接；所述输出端滤波电容(5)包括输出滤波电容C，输出滤波电容C的负极与第三功率开关管S3的源极相连接。...

【技术特征摘要】
1.一种Buck端耦合电感式升降压变换电路，包括输入直流电压源(1)、降压电路(2)、耦合电感(3)、升压电路(4)和输出端滤波电容(5)，其特征在于：所述输入直流电压源(1)包括输入直流电压源Uin，输入直流电压源Uin的正极分别与第一功率开关管S1的漏极和第二功率开关管S2的漏极相连接；所述降压电路(2)包括第一功率开关管S1、第一续流二极管D1、第二功率开关管S2、第二续流二极管D2，第一功率开关管S1的源极与第一续流二极管D1的阴极相连接，两者接头处与耦合电感中电感L1的同名端相连接，第二功率开关管S2的源极与第二续流二极管D2的阴极相连接，两者接头处与耦合电感中电感L2的同名端相连接，第一续流二极管D1的阳极和第二续流二极管D2的阳极相连接，两者接头处与输入直流电压源Uin的负极相连接；所述耦合电感(3)包括耦合电感中的电感L1、电感L2，电感L1的另一端与电感L2的另一端连接，两者接头处与第三功率开关管S3的漏极相连接；所述升压电路(4)包括第三功率开关管S3、第三续流二极管D3、第三功率开关管S3的漏极与第三续流二极管D3阳极相连接，第三续流二极管D3的阴极与输出滤波电容C的正极相连接；第三功率开关管S3的源极与第一续流二极管D1的阳极和第二续流二极管D2的阳极接头处相连接；所述输出端滤波电容(5)包括输出滤波电容C，输出滤波电...

【专利技术属性】
技术研发人员：张先进，朱海荣，宋永献，范才红，
申请(专利权)人：江苏工程职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32