[发明专利]非隔离双向高增益DC/DC变换器及变频控制方法

摘要

本发明公开的一种非隔离双向高增益DC/DC变换器及变频控制方法，属于电力电子领域的非隔离高频功率变换方向。本发明公开的一种非隔离双向高增益DC/DC变换器，包括主电路和控制电路。所述的主电路主要由低压端V_L、高压端V_H、两个电感(L₁,L₂)，n+2个MOS管(S₁,S₂,Q₁～Q_n)和n个电容(C₁～C_n)组成。其中，n为级联数量。本发明还公开一种用于非隔离双向高增益DC/DC变换器的变频控制方法，利用上述的变频控制方法调节MOS管的开关频率，使得变换器主电路每个MOS管都在保证实现软开关的前提下，减小电流脉动和环流损耗。本发明可广泛用于蓄电池储能或新能源汽车电机驱动系统。

主权项

1.一种非隔离双向高增益DC/DC变换器，其特征在于：包括主电路和控制电路；所述的主电路主要由低压端VL、高压端VH、两个电感L1,L2，n+2个MOS管S1,S2,Q1～Qn和n个电容C1～Cn组成；其中，n为级联数量；两个电感L1,L2和两个MOS管S1,S2构成交错并联结构；n个电容C1～Cn和n个MOS管Q1～Qn组成开关电容倍压电路，用于进一步提高高压端电压VH；低压端的正极通过两个电感L1,L2分别在A点和B点与MOS管S1和S2的漏极相连，MOS管S1和S2的源极与低压端负极和高压端负极均连在一起；电容Cn与高压端并联；除了电容Cn以外，编号为奇数的电容C1,C3,…,C2k‑1，k＝1,2,…的负极均与A点相连，而编号为偶数的电容C2,C4,…,C2k的负极与B点相连；MOS管Q1,Q2…Qn依次串联，即MOS管Q1的漏极与MOS管Q2的源极相连，MOS管Q2的漏极与MOS管Q3的源极相连，以此类推；而MOS管Q1的源极与B点相连，MOS管Qn的漏极与高压端的正极相连；电容C1的正极与MOS管Q1的漏极相连，电容C2的正极与MOS管Q2的漏极相连，以此类推，电容Cn的正极与MOS管Qn的漏极相连；所述的MOS管S1,S2,Qn的耐压应高于VH/n，MOS管Q1,Q2…Qn‑1耐压应高于2VH/n；电容C1,C2…Cn稳态工作时的电压为VCk＝kVH/n；所述的两个电感L1,L2的电感值相同；所述的控制电路主要由控制器和驱动电路构成；控制器采用数字控制，通过传感器对低压端总电流Iavg以及高压端电压VH或低压端电压VL进行采样，并依据电压电流双闭环的方法调节调制波；将调制波与载波进行比较得到占空比信号D，范围需限制在0.5～0.8，并通过逻辑转换得到所有n+2个MOS管S1,S2,Q1～Qn的占空比信号，经过驱动电路放大，控制所有MOS管的开通和关断，进而调节主电路的高压端VH与低压端VL的比例；为保证变换器在最大功率时满足MOS管软开关条件，必须使电感L1,L2电流脉动足够大、存在反向电流；实现MOS管软开关的最小反向电感电流IZVS根据所选取的MOS管结电容确定；当最小反向电感电流IZVS设为2A条件下，则电感值可根据以下公式计算，其中VL,min为最低低压端电压，Dmax为最大占空比，fs,min为最低频率，Pmax为最大功率；