一种低电压纹波多相高增益双向DC–DC变换器及其控制方法技术

本公开提出了一种低电压纹波多相高增益双向DC–DC变换器及其控制方法，主要由2n个电感器件、2n个电容器件和4n个开关器件组成，该变换器在180°移相控制方式下，由于高压侧滤波电容的交错充放电，可使输出电压纹波大大减小。所公开的低电压纹波双向高增益DC–DC变换器可实现2n倍于传统DC‑DC变换器的电压变比，并能实现能量的双向流动。该变换器电容耐压均小于或等于高压侧电压的一半。相比传统DC‑DC变换器，该变换器的开关器件承受更低的电压应力。同时，所述变换器的电压增益可随变换器的相数进行调节，具有很高的灵活性，并且当高压侧电压一定时，随着相数的增加，开关器件的电压应力会进一步降低。

【技术实现步骤摘要】
一种低电压纹波多相高增益双向DC–DC变换器及其控制方法
本公开属于DC-DC变换器
，尤其涉及一种低电压纹波多相高增益双向DC–DC变换器及其控制方法。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。传统的非隔离型双向直流变换器由Boost电路和Buck电路复合得到，其正向工作时可视为Boost电路，反向工作时可视为Buck电路，两个开关管工作在同步整流状态。由于高压侧输出端仅有一个电容元件滤波，输出电压具有较大电压纹波，为保证电压纹波在设计允许值范围内，往往在设计时不得不采用较大容量的高压侧滤波电容，并且高压侧滤波电容承受的电压应力为高压侧电压，这增加了电路器件选型的成本。虽然对于提高DC–DC变换器的电压转换比方面有很多新型高增益拓扑被提出，但是这些拓扑结构大多只有一个高压侧滤波电容，这使得高压侧的电压纹波不能有效的减小，从而对输出滤波电容的容量提出较高的要求。同时，由于单个高压滤波电容与高压侧电源或负载直接并联，使得滤波电容的电压应力等于高压侧电压，这使得变换器对滤波电容的耐压特性也提出了较高的要求。在诸多高增益变换器中，对于降低高压侧输出电压纹波和滤波电容电压应力的方法，目前的研究还较为少见。综上所述，现有技术中对于如何提高直流变换器的电压增益、如何降低变换器中各器件的电压应力、如何降低高压侧滤波电容的容量及其耐压，仍存在很多技术问题亟待解决。
技术实现思路
为克服上述现有技术的不足，本公开提供了一种低电压纹波多相高增益双向DC–DC变换器,用来在提升直流变换器的电压变比的同时，减少高压侧电压纹波，并降低电路中各器件的电压应力。为实现上述目的，本公开的一个或多个实施例提供了如下技术方案：一方面，公开了一种低电压纹波多相高增益双向DC–DC变换器，包括：2n个电感器件L1、L2、……、Ln、……、L2n，2n个电容器件C1、C2、……、Cn、……、C2n和4n个开关器件S1、S2、……、S2n、……、S4n，n≥2；其中，2n个电感的第一端共同相连，第1个电感L1的第二端分别与开关器件S1的第一端和开关器件S2的第二端相连，第i个电感Li的第二端分别与第i个电容Ci的第二端和开关器件S2i-1的第一端相连，第n+1个电感Ln+1的第二端分别与第1个电容C1的第二端、第n+1个电容Cn+1的第一端和开关器件S2n+1的第一端相连，第n+i个电感Ln+i的第二端分别与第n+i个电容Cn+i的第一端和开关器件S2n+2i-1的第一端相连；第1个电容C1的第一端与开关器件S2n的第一端相连，第i个电容Ci的第一端与开关器件S2i的第二端相连，第n+1个电容Cn+1的第二端与开关器件S2n+2的第二端相连，第n+i个电容Cn+i的第二端与开关器件S2n+2i的第二端相连，i＝2，……，n；2n个开关器件S1、S3、……、S2n-1、……、S4n-1的第二端共同与开关器件S4n的第一端相连，开关器件S2j的第一端与开关器件S2j+2的第二端相连，开关器件S2n+2j的第一端与开关器件S2n+2j+2的第二端相连，j＝1，2，……，n-1。进一步的技术方案，2n个电感L1、L2、……、Ln、……、L2n的第一端共同与低压侧电源的正极或低压侧负载的正极相连，开关器件S4n的第一端与低压侧电源的负极或低压侧负载的负极相连。进一步的技术方案，第1个电容C1的第一端与高压侧负载的正极或高压侧电源的正极相连，第n+1个电容Cn+1的第二端与高压侧负载的负极或高压侧电源的负极相连。进一步的技术方案，4n个开关器件S1、S2、……、S2n、……、S4n的第三端分别与各自的驱动电路相连。进一步的技术方案，2n个电容C1、C2、……、Cn、……、C2n的第一端为电容的正极，第二端为电容的负极。进一步的技术方案，4n个开关器件S1、S2、……、S2n、……、S4n为N沟道场效应晶体管MOSFET或绝缘栅双极晶体管IGBT。进一步的技术方案，当开关器件为N沟道场效应晶体管MOSFET时，所述开关器件的第一端为MOSFET的漏极，第二端为MOSFET的源极，第三端为MOSFET的栅极；当开关器件为绝缘栅双极晶体管IGBT时，所述开关器件的第一端为IGBT的集电极，第二端为IGBT的发射极，第三端为IGBT的栅极。另一方面，公开了一种低电压纹波多相高增益双向DC–DC变换器的控制方法，包括：2n个开关器件S1、S3、……、S2n-1、……、S4n-1依次移相180°控制，其占空比D的范围在0.5到1之间；2n个开关器件S2、S4、……、S2n、……、S4n分别与2n个开关器件S1、S3、……、S2n-1、……、S4n-1互补导通，即S1与S2、S3与S4、……、S2n-1与S2n、……、S4n-1与S4n的开关信号互补。又一方面，还公开了多相高增益双向直流变换器的控制系统，包括：控制器及驱动电路，所述控制器被配置为采用上述所述的一种低电压纹波多相高增益双向DC–DC变换器的控制方法发送驱动信号通过驱动电路驱动上述低电压纹波多相高增益双向DC–DC变换器的工作状态。以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：本公开所的一种述低电压纹波多相高增益双向DC–DC变换器及其控制方法，可实现2n倍于传统DC-DC变换器的电压变比，并能实现能量的双向流动。该变换器电容耐压均小于或等于高压侧电压的一半。相比传统DC-DC变换器，该变换器的开关器件承受更低的电压应力。同时，所述变换器的电压增益可随变换器的相数进行调节，具有很高的灵活性，并且当高压侧电压一定时，随着相数的增加，开关器件的电压应力会进一步降低。同时，该变换器在180°移相控制方式下，由于高压侧滤波电容的交错充放电，可使输出电压纹波大大减小，从而降低了变换器对输出滤波电容器件的容量要求。本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。图1为本专利技术所提一种低电压纹波多相高增益双向DC-DC变换器拓扑结构；图2为所提拓扑的一种具体实施方式即八相低电压纹波高增益拓扑；图3为八相低电压纹波高增益拓扑的开关控制逻辑；图4(a)为八相低电压纹波高增益拓扑在Boost模式下的电路模态1；图4(b)为八相低电压纹波高增益拓扑在Boost模式下的电路模态2；图4(c)为八相低电压纹波高增益拓扑在Boost模式下的电路模态3；图5为八相低电压纹波高增益拓扑的电压增益仿真；图6为八相低电压纹波高增益拓扑的各相电感电流仿真；图7为八相低电压纹波高增益拓扑的电容电压应力仿真；图8为八相低电压纹波高增益拓扑的开关器件电压应力仿真；图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低电压纹波多相高增益双向DC–DC变换器，其特征是，包括：/n2n个电感器件L

【技术特征摘要】
1.一种低电压纹波多相高增益双向DC–DC变换器，其特征是，包括：
2n个电感器件L1、L2、……、Ln、……、L2n，2n个电容器件C1、C2、……、Cn、……、C2n和4n个开关器件S1、S2、……、S2n、……、S4n，n≥2；
其中，2n个电感的第一端共同相连，第1个电感L1的第二端分别与开关器件S1的第一端和开关器件S2的第二端相连，第i个电感Li的第二端分别与第i个电容Ci的第二端和开关器件S2i-1的第一端相连，第n+1个电感Ln+1的第二端分别与第1个电容C1的第二端、第n+1个电容Cn+1的第一端和开关器件S2n+1的第一端相连，第n+i个电感Ln+i的第二端分别与第n+i个电容Cn+i的第一端和开关器件S2n+2i-1的第一端相连；
第1个电容C1的第一端与开关器件S2n的第一端相连，第i个电容Ci的第一端与开关器件S2i的第二端相连，第n+1个电容Cn+1的第二端与开关器件S2n+2的第二端相连，第n+i个电容Cn+i的第二端与开关器件S2n+2i的第二端相连，i＝2，……，n；
2n个开关器件S1、S3、……、S2n-1、……、S4n-1的第二端共同与开关器件S4n的第一端相连，开关器件S2j的第一端与开关器件S2j+2的第二端相连，开关器件S2n+2j的第一端与开关器件S2n+2j+2的第二端相连，j＝1，2，……，n-1。


2.如权利要求1所述的一种低电压纹波多相高增益双向DC–DC变换器，其特征是，2n个电感L1、L2、……、Ln、……、L2n的第一端共同与低压侧电源的正极或低压侧负载的正极相连，开关器件S4n的第一端与低压侧电源的负极或低压侧负载的负极相连。


3.如权利要求1所述的一种低电压纹波多相高增益双向DC–DC变换器，其特征是，第1个电容C1的第一端与高压侧负载的正极或高压侧电源的正极相连，第n+1个电容Cn+1的第二端与高压侧负载的负极或高压侧电源的负极相连。


4.如权利要求1所述的一种低电压纹波多相高增益双向DC–DC变换器，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玉斌，王璠，郭政，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37