[发明专利]三电平反激变换器的优化控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种三电平反激变换器的优化控制方法，该控制方法有利于降低变换器的电压应力,使变换器适用于高压直流输入、高压直流输出的中小功率电能变换领域，属于电力电子直流--直流变换范畴。

背景技术

反激变换器可靠性高，电路拓扑简洁，输入输出电气隔离，升/降压范围宽，易于多路输出，因此被作为开关电源的重要电路拓扑所广泛适用；但由于反激变换器的隔离变压器兼起储能电感的作用，变压器漏感大，若负载功率较大，较多的漏感能量会在开关管和整流二极管上产生较高的电压尖峰；所以通常情况下反激变换器适用于输入和输出电压都不高的中小功率的直流-直流变换领域。

三电平结构由日本的AkiraNabae教授提出，由于其结构简单，易于实现，每个开关管只承受一半的直流侧电压；在开关管开关过程中，还具有开关损耗低等特点，因此适合用于高压输入的电能变换场合。

为了使反激变换器能在高压输入、高压输出的场合应用，本发明结合三电平反激变换器主电路拓扑，给出了一种优化的控制方法，充分发挥了三电平反激变换器的特点，具有较好的实际应用价值。

发明内容

本发明提出了一种三电平反激变换器的优化控制方法,通过这种控制可以使三电平反激变换器中开关管和输出二极管所承受的电压尖峰有所减小，更加适用于高压输入、高压输出的电能变换场合，拓宽了三电平反激变换器的应用范围。

本发明的技术解决方案是：

一种三电平反激变换器的优化控制方法，其特征在于：变换器中的第一开关管的栅源控制波形u_gs1和第二开关管的栅源控制波形u_gs2占空比不同，u_gs2占空比必须大于u_gs1的占空比，从控制时序上看u_gs1滞后u_gs2跳变为高电平，并且超前u_gs2跳变为低电平，在这种控制方法中第一开关管处于后通先断的工作状态，第二开关管处于先通后断的工作状态。

进一步改进在于：三电平反激变换器在同步整流模式下工作，在该模式工作时，用第三开关管S₃代替输出整流二极管D₁，第三开关管S₃的栅源控制波形u_gs3与第二开关管S₂的栅源控制波形u_gs2互补导通。

本发明与非优化的三电平反激变换器控制方法相比，具有以下技术效果，如图3，图4和图5所示：

从第一开关管S₁漏源电压波形u_ds1可以看到，关断时本发明u_ds1为E2，其中E为电源电压；而采用不优化控制方法u_ds1为(NU_o+E)/2，其中N为变压器副边对原边的变比，U_o为变换器输出电压平均值。因此本发明中S₁的关断电压尖峰是叠加在E2上，而不是叠加在数值将近高一倍的(NU_o+E)/2上，于是S₁可选取耐压值较低的开关管。

从第二开关管S₂漏源电压波形u_ds2可以看到，关断时本发明u_ds2始终保持为(NU_o+E)/2，而采用不优化控制方法u_ds2先为NU_o+E，后下降到(NU_o+E)/2，因此本发明中S₂的关断电压应力仅为非优化控制方法的一半，于是S₂可选取耐压值较低的开关管。

本发明允许同步整流技术在其中应用，使用同步整流技术只需要将整流二极管换成第三开关管，S₃的控制电压波形u_gs3与S₂的控制电压波形u_gs2互补，采用同步整流技术可以有效提高变换器的变换效率。