[发明专利]一种Boost端耦合电感式升降压变换电路及控制方法

说明书

本发明公开了一种Boost端耦合电感式升降压变换电路，属于直流非隔离变换技术，在宽输入电压范围内能够实现输出电压稳定；当输入电压高于输出电压时，通过对三只功率开关管的占空比控制，本发明能够自动实现降压功能，保证输出电压稳定；当输入电压低于输出电压时，通过对三只功率开关管的占空比控制，本发明能够自动实现升压功能，保证输出电压稳定；本发明能够实现Boost端两个功率开关管零电流开通/零电压关断和Boost端两个续流二极管零电流关断，消除Boost端二极管反向恢复问题，提高变换电路的效率；本发明中两个电流不需要均流控制，即使Boost端两个功率开关管占空比略有不同，仍能够实现耦合中两个电感均流；本发明适用于宽输入的新能源供电系统等场合。

技术领域

本发明涉及一种电能变换装置中的直流非隔离变换装置，更具体地说，它涉及一种直流升降压功能的变换器。

背景技术

燃料电池供电、光伏发电、风力发电、新能源汽车等得到了大力发展。然而，在这些场合都有一个共同的特点：随着外部自然条件和使用环境的变化，输出电压波动范围较大。因此，需要能在宽输入电压变化范围内实现输出电压的稳定的升降压型功率变换器，从而能够给后级用电设备提供高质量电能。

在升降压型功率变换器当中，常见的有隔离型反激变换器和非隔离型Buck-Boost变换器、Cuk、Zeta、SEPIC变换器以及双管Buck-Boost变换器等几种。Buck-Boost、Cuk、Zeta和SEPIC变换器中的开关管和二极管的电压应力均为输入、输出电压之和；而双管Buck-Boost变换器的开关管和二极管的电压应力分别等于输入电压和输出电压，比Buck-Boost、Cuk、Zeta和SEPIC变换器的器件电压应力低。又由于双管Buck-Boost变换器有两个功率开关管，控制自由度大，控制策略较多，所以双管Buck-Boost变换器研究和应用很广泛。但是，在现有的拓扑结构和控制策略下，双管Buck-Boost变换器功率开关管通常工作在硬开关状态，不利于进一步提高效率和降低EMI。

本发明的目的在于解决双管Buck-Boost变换器中的Boost电路中开关管和二极管的硬开关问题，发明一种Boost端耦合电感式升降压变换电路及控制方法。该变换器适用于电动汽车、燃料电池、直流微网、光伏发电和风力发电等新能源供电系统等场合。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种Boost端耦合电感式升降压变换电路，本发明提供了如下技术方案：

一种Boost端耦合电感式升降压变换电路，包括输入直流电压源、降压电路、耦合电感、升压电路和输出端滤波电容，所述输入直流电压源包括输入直流电压源Uin，输入直流电压源Uin的正极与第一功率开关管S1的漏极相连接，输入直流电压源Uin的负极与第一续流二极管D1的阳极相连接；所述降压电路包括第一功率开关管S1、第一续流二极管D1，第一功率开关管S1的源极与第一续流二极管D1的阴极相连接，两者接头处分别与耦合电感中电感L1、L2的同名端相连接，第一续流二极管D1的阳极与第二功率开关管S2的源极和第三功率开关管S3的源极连接处相连接；所述耦合电感包括电感L1、电感L2，耦合电感中电感L1的另一端连接第二功率开关管S2的漏极，耦合电感中电感L2的另一端连接第三功率开关管S3的漏极；所述升压电路包括第二功率开关管S2、第二续流二极管D2、第三功率开关管S3、第三续流二极管D3，第二功率开关管S2的漏极连接第二续流二极管D2的阳极，第三功率开关管S3的漏极连接第三续流二极管D3的阳极，第二续流二极管D2的阴极与第三续流二极管D3的阴极相连接，两者接头处与输出滤波电容C的正极相连接；所述输出端滤波电容包括输出滤波电容C，输出滤波电容C的负极与第二功率开关管S2的源极和第三功率开关管S3的源极连接处相连接。

进一步地，还包括电压环控制器、电流环控制器和PWM发生器。

进一步地，输出端滤波电容C端输出电压Uout为控制对象进行控制，其步骤如下所述：