[发明专利]一种零电压开关反激变换器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及直流变换器领域，特别涉及一种可应用于DC/DC升降压功率变换场合的，可实现反激变换器零电压开关的电路及其控制方法。

背景技术

随着经济的发展和科技的进步，汽车已经成为人们出行和运输必不可少的交通工具。然而，随着汽车数量的不断增加，一些问题也逐渐显现出来。首先，石油危机问题引起了人们的担忧。截止到2011年年底，全世界已探明石油储量为2314.2亿吨，目前全世界每年石油消耗量为40.88亿吨，其中超过三分之一的石油都被汽车所消耗。以这个速度计算，54年后我们将面临无油可用的危机。另外，环境污染问题也逐渐被人们所关注。随着汽车数量的逐渐增多，汽车尾气造成的空气污染问题也愈发严重。经环境保护组织检测，目前城市空气中60％以上的污染物来自汽车尾气。出于应对石油危机、缓解空气污染、抢占电动汽车市场等目的，自上世纪90年代以来，各国政府和各大汽车厂商纷纷投入大量人力物力来推动电动汽车的推广和研发。

目前，制约电动汽车发展的瓶颈在于电动汽车动力蓄电池技术。电动汽车不仅节能、环保而且使用成本低、噪声小，市场前景广阔。但是，由于受到续航里程短、充电不方便、电池使用寿命短等因素的制约，影响了电动汽车推广普及的速度。在目前电动汽车动力蓄电池技术没有获得突破性进展的情况下，我们只能努力改善电动汽车电气系统的控制策略和性能，提高电动汽车电源变换器的效率，研发新型便捷的充电装置，使电动汽车能够方便地进行充电,提高电能使用效率，减少充电次数，延长蓄电池的使用寿命。

发明内容

本发明提出一种零电压开关反激变换器及其控制方法，该变换器能够实现开关管的零电压导通和近似零电压关断，软开关减小开关损耗，提升变换器的效率，适合应用于电动汽车领域。

本发明的技术方案如下：

一种零电压开关反激变换器，连接直流输入电源和负载，包括开关管、保护二极管、谐振单元、整流二极管、隔离变压器以及滤波电容；所述谐振单元由谐振电容和隔离变压器的激磁电感组成，谐振电容并联在隔离变压器的原边，谐振单元与开关管串联，保护二极管反相并联在开关管的集电极和发射极之间；所述直流输入电源一端接在谐振单元一侧，另一端接在开关管一侧；所述隔离变压器的副边接整流二极管和滤波电容，构成一个回路。

一种零电压开关反激变换器的控制方法，包括以下步骤：

1)开关管开通，谐振电容两端电压v_Cr＝V_in，此时隔离变压器副边的整流二极管承受反压，能量不会传到副边，输入电压加在激磁电感两端，向激磁电感储能，i_Lr从0线性增加，负载电流由滤波电容提供；

2)开关管关断，此后激磁电感与谐振电容发生并联谐振，即谐振电容向激磁电感放电，v_Cr从V_in开始下降，i_Lr谐振增加，当v_Cr下降为零时，i_Lr谐振增加到其最大值；此后激磁电感对谐振电容反向充电，v_Cr从零负向增加，i_Lr开始谐振下降；整个模态持续到v_Cr＝-V_o/n，且整个模态中负载电流依然由滤波电容提供；能量在激磁电感与谐振电容之间进行传递，但激磁电感与谐振电容上的总能量是不变的；

3)当v_Cr＝-V_o/n，隔离变压器副边的整流二极管导通，隔离变压器副边电流流过整流二极管给滤波电容充电，并提供负载电流，在此过程中v_Cr保持不变，i_Lr线性下降，直到i_Lr＝0，此开关模态结束；

4)当i_Lr下降到零，整流二极管自然关断，此后激磁电感与谐振电容发生并联谐振，即谐振电容向激磁电感放电，v_Cr从-V_o/n开始正向上升，i_Lr从零开始负向谐振增加；当谐振电容电压谐振到0，i_Lr达到反向最大值，此后激磁电感向谐振电容放电，i_Lr和v_Cr都正向上升；直到v_Cr＝V_in此开关模态结束；在这段时间内，激磁电感和谐振电容上的总能量保持不变；