[发明专利]一种燃料电池用双耦合交错式升压变换器及其控制方法

权利要求书

1.一种燃料电池用双耦合交错式升压变换器的控制方法，所述变换器包含交错式Boost单元、中间倍压电路和串联电容输出端，交错式Boost单元包含直流电源V_in、反向耦合电感L₁、反向耦合电感L_1’、限流二极管D₃、一个开关管Q₁、一个开关管Q₂，中间倍压电路包含正激耦合电感L₂、正激耦合电感L_2'、中间储能电容C₁、二极管D₁和二极管D₂；串联电容输出端包含储能电容C₂、储能电容C₃和负载R_L；直流电源V_in的正极连接限流二极管D₃的阳极，限流二极管D₃的阴极连接反向耦合电感L₁和反向耦合电感L_1’的一端，反向耦合电感L₁的另一端连接正激耦合电感L₂的一端、开关管Q₁的一端和二极管D₁的阳极，反向耦合电感L_1’的另一端连接开关管Q₂的一端、二极管D₂的阳极和正激耦合电感L_2'的一端，正激耦合电感L₂的另一端连接中间储能电容C₁的负极，中间储能电容C₁的正极连接二极管D₂的阴极、储能电容C₂的正极和负载R_L的一端，正激耦合电感L_2'的另一端连接二极管D₁的阴极、储能电容C₂的负极和储能电容C₃的正极；直流电源V_in负极、开关管Q₁和开关管Q₂的另一端、储能电容C₃的负极和负载R_L的另一端接地；其中，开关管Q₁和开关管Q₂为交替导通工作的2个开关管，其相位相差180度，具有相同的占空比，并在占空比D＝0.5模式下工作；所述反向耦合电感L₁、反向耦合电感L_1’和正激耦合电感L₂、正激耦合电感L_2'为两组紧密耦合的电感；反向耦合电感L₁、反向耦合电感L_1'与正激耦合电感L₂和正激耦合电感L_2'完全相同，其线圈匝数比为1:1；

其特征在于，包含以下步骤：

步骤一：开关管Q₁和开关管Q₂均处于导通工作状态，输入直流电源V_in通过开关管Q₁和开关管Q₂向反向耦合电感L₁和反向耦合电感L_1'充电，反向耦合电感L₁上的电流i_L1和反向耦合电感L_1'的电流i_L1'呈近似线性上升状态，反向耦合电感L₁和反向耦合电感L_1'的电压为其直流电源V_in输入电压，故其电压电流方程表示为：

二极管D₁和二极管D₂截止不工作，中间储能电容C₁向负载R_L供电的同时向储能电容C₂充电，储能电容C₂中的电压V_c2逐步上升并保持在一定的状态；储能电容C₃向正激耦合电感L_2'放电，在正激耦合电感L₂和正激耦合电感L_2'互相耦合作用下，正激耦合电感L₂和正激耦合电感L_2'中的电流均呈线性上升状态；当开关管Q₂截止时，此模式结束；流过正激耦合电感L_2'的电流近似表示为：

步骤二：关断信号驱动开关管Q₂截止，开关管Q₁继续保持导通状态，二极管D₁反向端电压高于同向端，二极管D₁截止不工作；二极管D₂导通，输入直流电源V_in向正激耦合电感L₂与中间储能电容C₁支路充电，中间储能电容C₁随着充电的进行两端电压逐渐增大，在此同时，反向耦合电感L_1'通过二极管D₂向储能电容C₂充电和向负载放电，并与正激耦合电感L_2'一起共同向储能电容C₃快速充电，使得储能电容C₂和储能电容C₃两端电压迅速增加，电压方向上正下负；

步骤三：开关管Q₁和开关管Q₂均处于导通状态，二极管D₁和二极管D₂均为截止状态；输入直流电源V_in通过开关管Q₁和开关管Q₂向反向耦合电感L₁和反向耦合电感L_1'充电，反向耦合电感L₁和反向耦合电感L_1'工作于反向耦合状态，反向耦合电感L₁中的电流i_L1、反向耦合电感L_1'中的电流i_L1'呈近似线性上升状态，因此反向耦合电感L₁和反向耦合电感L_1'两端的电压均为其输入直流电源电压V_in；已经充满电的储能电容C₃和储能电容C₂分别向正激耦合电感L_2'、中间储能电容C₁以及正激耦合电感L₂支路充电，使得中间储能电容C₁两端电压V_c1迅速增大；

步骤四：开关管Q₁截止，开关管Q₂导通，二极管D₁导通，二极管D₂截止,输入直流电源V_in通过开关管Q₂向反向耦合电感L_1'充电，使得反向耦合电感L_1'两端的电压为直流电源电压V_in，在此同时，输入直流电源V_in与反向耦合电感L₁一起通过二极管D₁向储能电容C₃与正激耦合电感L_2'充电，并与储能电容C₂一起向负载供电；中间储能电容C₁为电压保持状态，其电压V_c1保持不变；储能电容C₃为充电状态，其电压V_c3逐步增大；储能电容C₂为放电状态，其电压V_c2逐步减小；反向耦合电感L₁和反向耦合电感L_1'与正激耦合电感L₂和正激耦合电感L_2'中的电流在电感互相耦合的作用下呈线性增加状态。