直流升压变换器及其控制方法技术

本发明专利技术属于直流变换器技术领域，具体涉及了一种直流升压变换器及其控制方法，旨在解决传统直流升压变换器存在的损耗大、工作范围窄的问题。本发明专利技术包括：输入电源接口、耦合电感单元、半桥单元、母线支撑电容、预充电二极管、隔离变压器、整流及滤波电路、电源输出接口。其中，输入电源接口可输入光伏或燃料电池等宽电压范围电源；耦合电感单元包括A相耦合电感和B相耦合电感；半桥单元包括第一桥臂和第二桥臂；整流及滤波电路包括二极管D

【技术实现步骤摘要】
直流升压变换器及其控制方法
本专利技术属于直流变换器
，具体涉及了一种直流升压变换器及其控制方法。
技术介绍
光伏并网发电是太阳能利用的重要途径之一，随着大功率电力电子半导体器件的发展，直流输电成本的逐步降低，柔性直流输电技术得到了快速发展，光伏直流并网由于拥有多端柔性直流系统的灵活、可靠和经济等特点，更加适用于分布式发电与电力市场等领域，成为未来光伏发电的一种重要利用形式。光伏电池具有输出特性软、电压等级低和电压波动范围大等特点，因此需要经过具有高电压增益、宽输入电压范围的DC/DC功率变换后升压成为稳定的直流高压以满足直流并网或负载的需求。隔离型升压变换器及其控制技术作为上述发电系统的关键技术之一，成为近年来的研究热点。传统的隔离型全桥Boost变换器具有高升压比和输入范围宽等优点，但是需要配置对控制时序要求较高的有源钳位电路以吸收变压器漏感的能量，在大功率应用下，变压器漏感和钳位电路的寄生电感会增大电路中开关管的电压应力，而且此拓扑存在启动过程复杂等问题。双电感半桥隔离型Boost变换器使用两个半桥型Boost变换器交错并联，降低了开关管电流应力并可减小输入电流纹波，但其工作在硬开关状态，主开关管电压应力较高，且较大的开关损耗限制了变换器的效率，不适合用于大功率应用中。Boost推挽正激变换器将Boost推挽结构与正激拓扑相结合，具有器件数量少、磁芯利用率高和电压输出特性好等优点，然而，其开关管电压应力是全桥电路的2倍，不适用于输入电压较高的应用中，且直流偏磁问题会导致高频变压器励磁电流过大甚至损坏开关管。
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述问题，即传统直流升压变换器存在的损耗大、工作范围窄的问题，本专利技术提供了一种直流升压变换器，该变换器包括输入电源接口、耦合电感单元、半桥单元、母线支撑电容、预充电二极管、隔离变压器、整流及滤波电路和输出电源接口；所述输入电源接口正极连接至所述耦合电感单元第一连接端TL1以及所述预充电二极管阳极，所述输入电源接口负极连接至所述半桥单元第二连接端B以及所述母线支撑电容负极；所述耦合电感单元第二连接端TL2连接至所述母线支撑电容正极、所述预充电二极管阴极以及所述半桥单元第一连接端A；所述耦合电感单元第三连接端TL3连接至所述半桥单元第三连接端C以及所述隔离变压器第一输入端；所述耦合电感单元第四连接端TL4连接至所述半桥单元第四连接端D以及所述隔离变压器第二输入端；所述隔离变压器第一输出端连接至所述整流及滤波电路第一输入端，第二输出端连接至所述整流及滤波电路第二输入端；所述整流及滤波电路第一输出端连接至所述输出电源接口正极，第二输出端连接至所述输出电源接口负极。在一些优选的实施例中，所述耦合电感单元包括A相耦合电感La和La’、B相耦合电感Lb和Lb’、A相续流二极管Da和B相续流二极管Db；所述A相耦合电感La和La’的同名端、B相耦合电感Lb和Lb’的同名端连接到一起作为所述耦合电感单元的第一连接端TL1；所述A相耦合电感La’的非同名端连接至所述A相续流二极管Da的阳极，所述B相耦合电感Lb’的非同名端连接至所述B相续流二极管Db的阳极，所述A相续流二极管Da与B相续流二极管Db的阴极连接到一起作为所述耦合电感单元的第二连接端TL2；所述A相耦合电感La的非同名端作为所述耦合电感单元的第三连接端TL3；所述B相耦合电感Lb的非同名端作为所述耦合电感单元的第四连接端TL4。在一些优选的实施例中，所述半桥单元包括第一桥臂和第二桥臂；所述第一桥臂包括上管S1、下管S2；所述第二桥臂包括上管S3、下管S4；所述开关管Sx分别包括器件的寄生二极管Dsx和寄生电容Csx；其中，x＝1,2,3,4；所述上管S1的漏极和所述上管S3的漏极连接到一起作为所述半桥单元的第一连接端A；所述下管S2的源极和所述下管S4的源极连接到一起作为所述半桥单元的第二连接端B；所述上管S1的源极与所述下管S2的漏极连接到一起作为所述半桥单元的第三连接端C；所述上管S3的源极与所述下管S4的漏极连接到一起作为所述半桥单元的第四连接端D。在一些优选的实施例中，所述隔离变压器包括原边绕组、副边绕组和变压器原边漏感Lr；所述变压器原边漏感Lr寄生在所述隔离变压器中；所述原边绕组的第一连接端和第二连接端分别作为所述隔离变压器的第一输入端和第二输入端；所述副边绕组的第一连接端和第二连接端分别作为所述隔离变压器的第一输出端和第二输出端。在一些优选的实施例中，所述整流及滤波电路包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4和滤波电容Co；所述二极管D1的阳极与所述二极管D2的阴极相连作为所述整流及滤波电路的第一输入端；所述二极管D3的阳极与所述二极管D4的阴极相连作为所述整流及滤波电路的第二输入端；所述二极管D1的阴极、二极管D3的阴极、滤波电容Co的正极连接到一起作为所述整流及滤波电路的第一输出端；所述二极管D2的阳极、二极管D4的阳极、滤波电容Co的负极连接到一起作为所述整流及滤波电路的第二输出端。在一些优选的实施例中，所述A相耦合电感与B相耦合电感为同向耦合。在一些优选的实施例中，所述A相耦合电感La和La’、A相续流二极管Da与第一桥臂组成A相升压电路；所述B相耦合电感Lb和Lb’、B相续流二极管Db与第二桥臂组成B相升压电路。本专利技术的另一方面，提出了一种直流升压变换器控制方法，基于上述的直流升压变换器，该方法包括：步骤S10，设置上管S1和下管S2的占空比互补，上管S3和下管S4的占空比互补，且上管S1与下管S4的占空比相同，下管S2与上管S3的占空比相同；设置第一桥臂和第二桥臂的驱动信号之间相隔移相角φ；步骤S20，通过耦合电感在开关过程中的能量传递作用，实现S1、S2、S3和S4在整个开关周期内的软开关；步骤S30，所述开关周期内调制不同时刻的S1、S2、S3和S4的开关状态，结合对开关管占空比和桥臂移相角φ的调节，实现对输出电压的控制。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术直流升压变换器，通过耦合电感的能量传递作用，实现所有开关器件的软开关，大大降低了开关管的开关损耗，有利于在提高开关频率、减小系统体积的同时，实现较高的能量转换效率。(2)本专利技术直流升压变换器，通过对占空比和移相角两个控制自由度的调节，实现输出电压的稳定控制，并克服电流环流导致效率低的缺点，提高变换器效率。(3)本专利技术直流升压变换器，通过对占空比和移相角两个控制自由度的调节，可实现宽范围的输入电压，并能实现宽电压范围内开关器件的软开关，提高变换器的综合适应性。(4)本专利技术直流升压变换器，原边两个升压电路交错并联工作，使得输入输出电流的纹波频率为开关频率的两倍，可显著降低输入输出滤波器的大小，实现高功率密度。附图说明通过阅读参照以下附图所作的对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直流升压变换器，其特征在于，该变换器包括输入电源接口、耦合电感单元、半桥单元、母线支撑电容、预充电二极管、隔离变压器、整流及滤波电路和输出电源接口；/n所述输入电源接口正极连接至所述耦合电感单元第一连接端T

【技术特征摘要】
1.一种直流升压变换器，其特征在于，该变换器包括输入电源接口、耦合电感单元、半桥单元、母线支撑电容、预充电二极管、隔离变压器、整流及滤波电路和输出电源接口；
所述输入电源接口正极连接至所述耦合电感单元第一连接端TL1以及所述预充电二极管阳极，负极连接至所述半桥单元第二连接端B以及所述母线支撑电容负极；
所述耦合电感单元第二连接端TL2连接至所述母线支撑电容正极、所述预充电二极管阴极以及所述半桥单元第一连接端A；所述耦合电感单元第三连接端TL3连接至所述半桥单元第三连接端C以及所述隔离变压器第一输入端；所述耦合电感单元第四连接端TL4连接至所述半桥单元第四连接端D以及所述隔离变压器第二输入端；
所述隔离变压器第一输出端连接至所述整流及滤波电路第一输入端，第二输出端连接至所述整流及滤波电路第二输入端；
所述整流及滤波电路第一输出端连接至所述输出电源接口正极，第二输出端连接至所述输出电源接口负极。


2.根据权利要求1所述的直流升压变换器，其特征在于，所述耦合电感单元包括A相耦合电感La和La’、B相耦合电感Lb和Lb’、A相续流二极管Da和B相续流二极管Db；
所述A相耦合电感La和La’的同名端、B相耦合电感Lb和Lb’的同名端连接到一起作为所述耦合电感单元的第一连接端TL1；
所述A相耦合电感La’的非同名端连接至所述A相续流二极管Da的阳极，所述B相耦合电感Lb’的非同名端连接至所述B相续流二极管Db的阳极，所述A相续流二极管Da与B相续流二极管Db的阴极连接到一起作为所述耦合电感单元的第二连接端TL2；
所述A相耦合电感La的非同名端作为所述耦合电感单元的第三连接端TL3；
所述B相耦合电感Lb的非同名端作为所述耦合电感单元的第四连接端TL4。


3.根据权利要求2所述的直流升压变换器，其特征在于，所述半桥单元包括第一桥臂和第二桥臂；
所述第一桥臂包括上管S1、下管S2；
所述第二桥臂包括上管S3、下管S4；
所述开关管Sx分别包括器件的寄生二极管Dsx和寄生电容Csx；其中，x＝1,2,3,4；
所述上管S1的漏极和所述上管S3的漏极连接到一起作为所述半桥单元的第一连接端A；
所述下管S2的源极和所述下管S4的源极连接到一起作为所述半桥单元的第二连接端B；
所述上管S1的源...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹国恩，王一波，曹睿，王哲，王环，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11