[发明专利]一种升降压直流变换器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种新的开关电容升降压变换器及其控制方法，包括输入电源、第一滤波电容、第一开关管、第二开关管、开关电容、第三开关管、第四开关管、电感、第五开关管、第六开关管、第二滤波电容和负载。本发明提供的开关电容升降压变换器及其控制方法，根据输入电压的不同有高压和低压两种工作模式，可以提升输入电压范围，提升高压输入时的效率，降低高压输入时的高压侧电流纹波，降低输入侧器件电压应力，可实现更大功率输出。

技术领域

本发明涉及电力电子变换器技术领域，尤其涉及一种升降压直流变换器及其控制方法。

背景技术

升降压直流变换器在光伏发电系统、可再生能源供电系统、蓄电池充放电等电压宽范围变化的场合具有广泛的应用前景。例如在光伏发电系统中，由于光伏电池的输出电压随外界环境条件的变化存在较大范围的波动，因此前级DCDC变换器(光伏优化器)需要适应宽范围变化输入电压的要求。

传统的直流升降压变换器，如Buck-Boost、Flyback、SEPIC和Cuk变换器等，虽然能够实现升降压变换的功能，但它们存在诸如器件应力高、体积重量大、输入输出反极性等问题，限制了它们在某些场合的应用。

参见图1，图1为现有的四个开关管的升降压变换器的电路原理图，升降压变换器中只使用一个电感L1，拓扑结构简洁、功率密度高，在光伏发电等新能源系统中获得较为广泛的应用。然而，由于功率MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)体二极管的反向恢复特性较差，在开关管关断时因体二极管的反向恢复问题会产生较大的电压尖峰并会降低变换器的变换效率。同时由于输入高压时电压应力较大，对应的功率MOSFET需要选取高耐压MOSFET，不仅受到高开关损耗的影响，而且还具有由于高导通电阻(Rdson)导致高导通损耗等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种开关电容升降压直流变换器及其控制方法，能够提升输入电压范围，同时提升高压输入时效率，降低输入侧器件应力和磁性器件体积，实现更大功率输出。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是：

一种升降压变换器，用于连接在输入电源和负载之间，其包括：

第一滤波电容、第一开关管、第二开关管、开关电容、第三开关管、第四开关管、电感、第五开关管、第六开关管以及第二滤波电容；

第一开关管的漏极和所述第一滤波电容的一端分别用于与输入电源的正极连接；第二开关管漏极连接于第一开关管的源极、开关电容的第一端；第三开关管漏极连接于第二开关管的源极；第四开关管漏极连接于第三开关管的源极、开关电容的第二端；第五开关管的漏极连接于第二滤波电容的一端，且第二滤波电容的一端用于与负载连接；第六开关管的漏极连接于第五开关管的源极；电感的输入端连接于第二开关管的源极，电感的输出端连接于第五开关管的源极；第一滤波电容的另一端、第四开关管的源极、第六开关管的源极以及第二滤波电容的另一端分别连接于地节点。

其中，当升降压变换器工作时，开关电容两端电压维持在输入电源的电压的一半。

升降压变换器工作时，第一开关管的驱动脉冲的宽度与第二开关管的驱动脉冲的宽度相等；第一开关管的驱动脉冲与第二开关管的驱动脉冲的相位相差180°；第一开关管的驱动脉冲与第四开关管的驱动脉冲互补；第二开关管的驱动脉冲与第三开关管的驱动脉冲互补。

在一个实施例中，升降压变换器还设有第七开关管，第七开关管连接在电感输入端与地节点之间。

本发明还提供一种升降压变换器的控制方法，升降压变换器具有降压工作模式和升压工作模式，升降压变换器工作在降压工作模式时，控制方法包括如下步骤：

当输入电源的电压高于升降压变换器的输出电压的两倍时，在一个工作周期中，控制升降压变换器依序执行第一高压工作过程、第二高压工作过程、第三高压工作过程以及所述第二高压工作过程，其中，