一种宽输入电压范围的两级变换器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种宽输入电压范围的两级变换器及其控制方法，所述两级变换器包括：依次连接的输入端滤波电路、第一级变换器、第二级变换器、输出端滤波电路；所述第一级变换器包括开关管Q1、开关管Q2和电感L2；所述第二级变换器包括变压器T1，副边整流电路，以及由开关管Q3、开关管Q4、开关管Q5和开关管Q6组成的全桥电路，所述开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、开关管Q5和开关管Q6均通过栅极接收控制器输出的PWM驱动脉冲实现导通和关闭的控制。本发明专利技术通过调节PWM驱动脉冲控制开关管实现了两级变换器的降压和升压两种功能，避免了单一Buck或Boost在占空比极大或极小时的高损耗问题。

A two-stage converter with wide input voltage range and its control method

The invention discloses a two-stage converter with a wide input voltage range and a control method thereof. The two-stage converter comprises an input end filter circuit, a first stage converter, a second stage converter and an output end filter circuit connected in sequence; the first stage converter comprises a switch tube Q1, a switch tube Q2 and an inductor L2; the second stage converter comprises a transformer T1 and a secondary side rectifier Circuit, and a full bridge circuit composed of the switch tube Q3, the switch tube Q4, the switch tube Q5 and the switch tube Q6. The switch tube Q1, the switch tube Q2, the switch tube Q3, the switch tube Q4, the switch tube Q5 and the switch tube Q6 all realize the on and off control through the PWM drive pulse output by the grid receiving controller. By adjusting the PWM driving pulse control switch, the invention realizes two functions of two-stage converter, i.e. step-down and step-up, and avoids the high loss problem of single buck or boost when the duty cycle is large or extremely small.

【技术实现步骤摘要】
一种宽输入电压范围的两级变换器及其控制方法
本专利技术涉及变换器
，尤其是一种宽输入电压范围的两级变换器及其控制方法。
技术介绍
在新能源发电技术如风力发电、太阳能发电、燃料电池以及军工等电源应用领域，输入电压在较宽的范围内变化。常规的电力电子功率变换拓扑，如Buck和Boost变换器的占空比分别是D和1/(l-D)，均不适应于输入电压宽范围变化场合。当输入电压变化范围很大时，Buck电路的自身降压特性决定电路的输出电压要比输入电压的最小值小，因此会产生很大的输出电流，导致效率较差；Boost变换器存在同样的问题，Boost电路的自身升压特性决定了其输出电压要比输入电压的最大值高，若占空比变换范围过大，则损耗较大。在宽范围输入电压场合，Buck和Boost变换器的使用都有很大局限性。其他拓扑如BuckBoost、Flyback或基本的全桥、半桥、正激电路等基于同样原理，在宽输入电压范围应用均存在性能较差的问题。目前，较为合理的解决方案为采用两级变换器，第一级采用常规Buck或Boost变换器，实现初步的调压功能，第二级采用隔离的全桥或者软开关LLC变换器，以较高效率实现隔离以及高输入输出电压变比,但其本质依然为Buck或Boost即单一的降压或升压电路，难以兼顾最高与最低输入电压的效率，导致电源整体损耗较大。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种宽输入电压范围的两级变换器及其控制方法。本专利技术提供的一种宽输入电压范围的两级变换器，包括：依次连接的输入端滤波电路、第一级变换器、第二级变换器、输出端滤波电路；所述第一级变换器包括开关管Q1、开关管Q2和电感L2；其中，输入端滤波电路经开关管Q1的源极和漏极，以及电感L2连接第二级变换器；开关管Q2的源极连接在开关管Q1和电感L2之间，开关管Q2的漏极接地，用于第一级变换器的同步整流；所述第二级变换器包括变压器T1，副边整流电路，以及由开关管Q3、开关管Q4、开关管Q5和开关管Q6组成的全桥电路，其中，开关管Q3和开关管Q4为同一桥臂，开关管Q5和开关管Q6为同一桥臂；全桥电路的输入端连接第一级变换器的输出端，全桥电路的输出端连接变压器T1的原边；副边整流电路的输入端连接变压器T1的副边，第二级整流电路的输出端连接输出端滤波电路，用于第二级变换器的同步整流；所述开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、开关管Q5和开关管Q6均通过栅极接收控制器输出的PWM驱动脉冲实现导通和关闭的控制。作为优选，所述输入端滤波电路包括电感L1、电容C1和电容C2；电感L1连接在主输入端和第一级变换器之间；电容C1和电容C2的一端分别连接在电感L1的两端，另一端接地。作为优选，所述输出端滤波电路包括电感L3、电容C4和电容C5；电感L3连接在主输出端和第二级变换器之间；电容C4和电容C5的一端分别连接在电感L3的两端，另一端接地。作为优选，所述副边整流电路为由4只开关管或整流二极管组成的全桥整流电路。本专利技术还提供一种宽输入电压范围的两级变换器的控制方法，包括：采用占空比为d1的第一PWM驱动脉冲控制开关管Q1，采用占空比为d2的第二PWM驱动脉冲控制开关管Q2，采用占空比为d3的第三PWM驱动脉冲控制开关管Q3和开关管Q6，采用占空比为d3的第四PWM驱动脉冲控制开关管Q4和开关管Q5；其中，开关管Q1和开关管Q2的工作周期为Ts/2，开关管Q3、开关管Q4、开关管Q5和开关管Q6的工作周期为Ts；当主输入端的输入电压较高时，第一PWM驱动脉冲和第二PWM驱动脉冲的周期为Ts/2且呈死区互补，使开关管Q1和开关管Q2互补导通；第三PWM驱动脉冲和第四PWM驱动脉冲的周期为Ts且第四PWM驱动脉冲的相位相对于第三PWM驱动脉冲的相位移相Ts/2，且d3＝50％；使第一级变换器的输出电压Vm+相对于输入电压实现降压输出功能，此时所述两级变换器工作于Buck模式，保持d3不变，通过调节d1和d2的大小改变主输出端的输出电压；当主输入端的输入电压较低时，第一PWM驱动脉冲控制开关管Q1导通，第二PWM驱动脉冲控制开关管Q2关闭，第三PWM驱动脉冲和第四PWM驱动脉冲的周期为Ts且第四PWM驱动脉冲的相位相对于第三PWM驱动脉冲的相位移相Ts/2，且d3＞50％，使开关管Q3和开关管Q4，以及开关管Q5和开关管Q6存在同时导通；使第一级变换器直通，第二级变换器升压；此时所述两级变换器工作于Boost模式，通过调节d3的大小改变主输出端的输出电压。进一步地，当主输入端的输入电压较高，所述两级变换器工作于Buck模式时，第一级变换器的输出电压Vm+相对于输入电压的平均降压比为d1，第二级变换器的输出电压相对于第一级平均输出电压的比例为k，其中k为变压器T1的匝比。进一步地，当主输入端的输入电压较低，所述两级变换器工作于Boost模式时，第一级变换器的平均输出电压等于主输入端的输入电压，第二级变换器的平均输出电压相对于输入电压的平均升压比为k/(1-d4)，其中k为变压器T1的匝比，d4为第三PWM驱动脉冲和第四PWM驱动脉冲的重叠占空比。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：本专利技术通过PWM驱动脉冲控制开关管实现了两级变换器的降压和升压两种功能，避免了单一Buck或Boost在占空比极大或极小时的高损耗问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术的宽输入电压范围的两级变换器的拓扑结构图。图2为本专利技术的宽输入电压范围的两级变换器的Buck模式控制原理图。图3为本专利技术的宽输入电压范围的两级变换器的Boost模式控制原理图。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术的特征和性能作进一步的详细描述。实施例1如图1所示，本实施例提供的一种宽输入电压范围的两级变换器，包括：依次连接的输入端滤波电路、第一级变换器、第二级变换器、输出端滤波电路；所述第一级变换器包括开关管Q1、开关管Q2和电感L2；其中，输入端滤波电路经开关管Q1的源极和漏极，以及电感L2连接第二级变换器；开关管Q2的源极连接在开关管Q1和电感L2之间，开关管Q2的漏极接地，用于第一级变换器的同步整流；所述第二级变换器包括变压器T1，副边整流电路，以及由开关管Q3、开关管Q4、开关管Q5和开关管Q6组成的全桥电路，其中，开关管Q3和开关管Q4为同一桥臂，开关管Q5和开关管Q6为同一桥臂；全桥电路的输入端连接第一级变换器的输出端，全桥电路的输出端连接变压器T1的原边；副边整流电路的输入端连接变压器T1的副边，第二级整流电路的输出端连接输出端滤波电路，用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽输入电压范围的两级变换器，其特征在于，包括：依次连接的输入端滤波电路、第一级变换器、第二级变换器、输出端滤波电路；/n所述第一级变换器包括开关管Q1、开关管Q2和电感L2；其中，输入端滤波电路经开关管Q1的源极和漏极，以及电感L2连接第二级变换器；开关管Q2的源极连接在开关管Q1和电感L2之间，开关管Q2的漏极接地，用于第一级变换器的同步整流；/n所述第二级变换器包括变压器T1，副边整流电路，以及由开关管Q3、开关管Q4、开关管Q5和开关管Q6组成的全桥电路，其中，开关管Q3和开关管Q4为同一桥臂，开关管Q5和开关管Q6为同一桥臂；全桥电路的输入端连接第一级变换器的输出端，全桥电路的输出端连接变压器T1的原边；副边整流电路的输入端连接变压器T1的副边，第二级整流电路的输出端连接输出端滤波电路，用于第二级变换器的同步整流；/n所述开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、开关管Q5和开关管Q6均通过栅极接收控制器输出的PWM驱动脉冲实现导通和关闭的控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种宽输入电压范围的两级变换器，其特征在于，包括：依次连接的输入端滤波电路、第一级变换器、第二级变换器、输出端滤波电路；
所述第一级变换器包括开关管Q1、开关管Q2和电感L2；其中，输入端滤波电路经开关管Q1的源极和漏极，以及电感L2连接第二级变换器；开关管Q2的源极连接在开关管Q1和电感L2之间，开关管Q2的漏极接地，用于第一级变换器的同步整流；
所述第二级变换器包括变压器T1，副边整流电路，以及由开关管Q3、开关管Q4、开关管Q5和开关管Q6组成的全桥电路，其中，开关管Q3和开关管Q4为同一桥臂，开关管Q5和开关管Q6为同一桥臂；全桥电路的输入端连接第一级变换器的输出端，全桥电路的输出端连接变压器T1的原边；副边整流电路的输入端连接变压器T1的副边，第二级整流电路的输出端连接输出端滤波电路，用于第二级变换器的同步整流；
所述开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、开关管Q5和开关管Q6均通过栅极接收控制器输出的PWM驱动脉冲实现导通和关闭的控制。


2.根据权利要求1所述的宽输入电压范围的两级变换器，其特征在于，所述输入端滤波电路包括电感L1、电容C1和电容C2；电感L1连接在主输入端和第一级变换器之间；电容C1和电容C2的一端分别连接在电感L1的两端，另一端接地。


3.根据权利要求1所述的宽输入电压范围的两级变换器，其特征在于，所述输出端滤波电路包括电感L3、电容C4和电容C5；电感L3连接在主输出端和第二级变换器之间；电容C4和电容C5的一端分别连接在电感L3的两端，另一端接地。


4.根据权利要求1所述的宽输入电压范围的两级变换器，其特征在于，所述副边整流电路为由4只开关管或整流二极管组成的全桥整流电路。


5.一种宽输入电压范围的两级变换器的控制方法，其特征在于，包括：
采用占空比为d1的第一PWM驱动脉冲控制开关管Q1，采用占空比为d2的第二PWM驱动脉冲控制开关管Q2，采用占空比为d3的第三PWM...

【专利技术属性】
技术研发人员：于海坤，李宏程，
申请(专利权)人：四川甘华电源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51