一种软开关升压型DC-DC变换器制造技术

本实用新型专利技术揭示了一种软开关升压型DC-DC变换器，其组成包括滤波电容C1、C2、C3，滤波电感L1、L2，开关器件S1、S2，二极管D1、D2、D3，直流电压检测电路、驱动电路以及控制器；其中电感L2和电容C2、二极管D2、开关器件S2构成缓冲回路。并在每个采样周期首先开通开关器件S1，利用辅助缓冲回路实现主功率回路开关器件S1的软开关。本实用新型专利技术变换器的应用实施，无需在主功率回路额外放置辅助元件，有效降低了系统损耗、体积和成本。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种软开关升压型直流-直流变换器，属于电能变换领域。
技术介绍
升压型直流-直流变换器采用高频斩波技术，将较低的直流电压提升到较高的直流电压，在燃料电池、光伏发电系统中获得了广泛应用。但是传统电路采用硬开关的工作方式，在功率开关器件以及功率二极管的导通和关断过程中，产生较大的开关损耗，由于开关频率很高，造成系统效率下降，不利于降低损耗、体积和成本。近几年提出的软开关技术，即通过附加有源或无源缓冲电路，使主电路的功率开关器件和功率二极管在零电压、零电流时导通或者关断，进而降低开关损耗，提高系统效率。一种现有方案的原理如图1所示，是在主电路上附加一辅助电路来实现主开关的零电压开通。这种方案不能实现辅助电路中的功率开关器件的软开关，而且在主功率回路串联谐振电感，造成损耗加大，谐振电感的容量也要和主回路的滤波电感相一致，因此造成其效率低、成本和体积均有所增加。专利“直流变换器功率开关管的软开关方法和软开关直流变换器(授权公告号CN1123962C)”公开了一种软开关方案(如图2所示)，其原理是在直流变换器的基础上增加辅助功率开关管、谐振电容、谐振电感，三者与主功率开关管S构成谐振回路，在主、辅功率开关管上分别反向并联一个二极管，且在主功率开关管上并联一个充放电电容。利用上述谐振回路的谐振特性、谐振电感电流不能突变的特性以及充放电电容电压不能突变的特性，并通过脉宽调制电路控制主、辅助功率开关管周期性地开通和关断， 实现开关管的零电压电流开、零电压关。辅助功率开关管的零电流开、零电压关，以及整流二极管的零电压关，进而有效提高了系统效率。但是这种方案同样存在功率回路中串联谐振电感的问题，同时其需要的辅助器件较多，上述因素造成其在体积和成本方面的劣势。
技术实现思路
鉴于上述现有技术存在的缺陷，本技术的目的是提出一种软开关升压型 DC-DC变换器，以解决现有直流-直流变换器存在的主开关器件的开关损耗大、附加的软开关电路体积大、成本高的问题。本技术上述目的，一种软开关升压型DC-DC变换器，其特征在于所述变换器的结构组成包括电容Ci、C2、C3,滤波电感Li、L2,开关器件Si、S2, 二极管Dp D2、D3,直流电压检测电路，驱动电路以及控制器；其连接结构为变换器输入端的滤波电容C1与直流电源正、负极相并联；滤波电感！^的一端与直流电源正极、C1的一端以及开关器件&的功率输出端相连；滤波电感L1的另一端与二极管D1的正极、二极管D3的正极以及开关器件S1的功率输入端相连；二极管D1 的负极与变换器的输出端正极以及滤波电容C3的一端相连；二极管D3的负极与电容C2的一端、电感L2的一端相连；电感L2的另一端与二极管&的正极相连，二极管&的负极与开关器件&的功率输入端相连；变换器输入端的直流电源负极与输出端的电源负极和电容C2的另一端、开关器件S1的功率输出端以及电容C3的另一端相连；直流电压检测电路的输入端连接电容C3的两端，且直流电压检测电路的输出端连接控制器的模拟量输入接口，控制器的输出端连接驱动电路，驱动电路的一个输出端( 连接开关器件S1的信号端，另一个输出端连接开关器件&的信号端。进一步地，上述开关器件S1A2为全控性功率器件，二极管Dp D2、D3为快恢复型功率二极管。本技术软开关升压型DC-DC变换器的应用实施，其突出效果为通过在原有的直流-直流变换器中引入软开关电路，实现了主开关器件在开关过程的零电压、零电流运行，有效减小了功率损耗，降低了发热，提高了系统效率，可以提高运行功率、提高其集成度，同时本方案无需在主功率回路串联谐振器件或附加开关电路，相应引入的附加损耗也小。以下便结合实施例附图，对本技术的具体实施方式作进一步的详述，以使本技术技术方案更易于理解、掌握。附图说明图1是现有技术一种变换器的原理图；图2是现有技术另一种变换器的原理图；图3是本技术变换器的原理图；图4是直流电压检测电路的原理示意图；图5是驱动电路的原理示意图；图6是控制器的原理示意图；图7是本技术变换器在一个采样周期中实现控制的流程示意图；图8是本技术变换器在一个采样周期内的工作波形示意图。具体实施方式下面结合图3至图8所示的变换器原理图、一个采样周期中实现控制的流程示意图以及一个采样周期内的工作波形示意图，进一步说明本技术的一种软开关升压型 DC-DC变换器及其控制方法。图3是本技术实施例的结构示意图，其组成包括滤波电容 Cp C2、C3,滤波电感Li、L2,开关器件Si、S2, 二极管Dp D2、D3,直流电压检测电路，驱动电路以及控制器；变换器输入端的滤波电容C1，与输入端的直流电源正、负极相并联；滤波电感L1的一端与变换器输入端的直流电源正极、C1的一端以及开关器件&的功率输出端相连，滤波电感L1的另一端与二极管D1的正极、二极管D3的正极以及开关器件S1的功率输入端相连； 二极管D1的负极与变换器的输出端以及滤波电容C3的一端相连；二极管D3的负极与电容 C2的一端、电感L2的一端相连；电感L2的另一端与二极管A的正极相连，二极管A的负极与开关器件&的功率输入端相连；变换器输入端的直流电源负极与输出端的电源负极和电容(2的另一端、开关器件S1的功率输出端以及电容仏的另一端相连；直流电压检测电路的输入端连接电容C3的两端，用于检测变换器的输出电压，直流电压检测电路的输出端连接控制器的模拟量输入接口，控制器的输出端连接驱动电路，驱动电路的一个输出端Gs,连接开关器件S1的信号端，另一个输出端Gs2连接开关器件&的信号端，分别用于控制开关器件 S1和&的导通与关断。其中，电感L1是功率回路的滤波电感，和二极管D1、开关器件S1、电容C3构成直流升压变换器。电感L2是辅助缓冲电路的滤波电感，和电容C2、二极管D2、开关器件&构成缓冲回路。二极管D3用于防止开关器件S1导通时电容C2的正负极短路。其中开关器件S” S2为全控性功率器件，二极管D” D2、D3为快恢复型功率二极管。此外，其中直流电压检测电路由电阻RDCl和电阻RDC2串联组成，如图4所示。 RDCl的一端与直流电压输出端的正极(即变换器输出端的电源正极)相连，另一端与RDC2 的一端和控制器的输入端相连，RDC2的另一端与直流电压输出端的负极(即变换器输出端的电源负极)相连。该直流电压检测电路是利用电阻串联分压的原理，将直流电压转换为与其成正比的弱电信号。驱动电路包括电路1和电路2，如图5所示，电路1用于驱动开关管Si，电路2用于驱动开关管S2 ；电路1采用驱动芯片1，其型号为IR2110，驱动芯片1的输入端(12脚) 与控制器的第一输出端相连，驱动芯片1的输出端(1脚)与开关管Sl的信号端相连；电路 2采用驱动芯片2，其型号为IR2110，驱动芯片2的输入端(12脚)与控制器的第二输出端相连，驱动芯片2的输出端(1脚)与开关管S2的信号端相连。控制器包括单片机1和外围电路，其原理图如图6所示。型号可选之一为PIC公司的单片机30F2010。外围电路包括时钟电路和复位电路。时钟电路用于为单片机提供时钟信号，包括晶振Xl本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种软开关升压型ＤＣ－ＤＣ变换器，其特征在于：所述变换器的结构组成包括电容Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３，滤波电感Ｌ１、Ｌ２，开关器件Ｓ１、Ｓ２，二极管Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３，直流电压检测电路，驱动电路以及控制器；其连接结构为：变换器输入端的滤波电容Ｃ１与直流电源正、负极相并联；滤波电感Ｌ１的一端与直流电源正极、Ｃ１的一端以及开关器件Ｓ２的功率输出端相连；滤波电感Ｌ１的另一端与二极管Ｄ１的正极、二极管Ｄ３的正极以及开关器件Ｓ１的功率输入端相连；二极管Ｄ１的负极与变换器的输出端正极以及滤波电容Ｃ３的一端相连；二极管Ｄ３的负极与电容Ｃ２的一端、电感Ｌ２的一端相连；电感Ｌ２的另一端与二极管Ｄ２的正极相连，二极管Ｄ２的负极与开关器件Ｓ２的功率输入端相连；变换器输入端的直流电源负极与输出端的电源负极和电容Ｃ２的另一端、开关器件Ｓ１的功率。输出端以及电容Ｃ３的另一端相连；直流电压检测电路的输入端连接电容Ｃ３的两端，且直流电压检测电路的输出端连接控制器的模拟量输入接口，控制器的输出端连接驱动电路，驱动电路的一个输出端连接开关器件Ｓ１的信号端，另一个输出端连接开关器件Ｓ２的信号端

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：卜树坡，曹建东，章雯，钱涛，吴冬燕，
申请(专利权)人：苏州工业职业技术学院，
类型：实用新型
国别省市：32