[发明专利]一种适用于高压大功率场合的谐振升压直/直变换器及其控制方法

权利要求书

1.一种适用于高压大功率场合的谐振升压直/直变换器，其特征在于：包括全桥逆变电路、谐振单元以及整流单元；所述全桥逆变电路的输入端连接直流输入电源，全桥逆变电路的输出端连接所述整流单元的输入端，所述整流单元的输出端连接负载，所述谐振单元与全桥逆变电路的输出端以及整流单元的输入端并联连接；

其中，所述全桥逆变电路包括第一至第四开关管(Q₁～Q₄)、原边第一二极管(Di₁)以及原边第二二极管(Di₂)；所述原边第一二极管(Di₁)、第一开关管(Q₁)、第三开关管(Q₃)依次串联构成第一支路，所述原边第二二极管(Di₂)、第二开关管(Q₂)、第四开关管(Q₄)的依次串联构成第二支路，所述第一支路以及第二支路并联在直流输入电源两端；

所述整流单元包括第一整流二极管(D_R1)、第二整流二极管(D_R2)、第一滤波电容(C₁)以及第二滤波电容(C₂)；所述第一整流二极管(D_R1)和第二整流二极管(D_R2)正向串联连接构成第三支路，所述第一滤波电容(C₁)和第二滤波电容(C₂)串联连接构成第四支路，所述第三支路和第四支路并联在负载两端；

所述谐振单元为由电感(L_r)和电容(C_r)构成的LC并联谐振电路；所述LC并联谐振电路的一端连在所述第一开关管(Q₁)和第三开关管(Q₃)的相接端，同时连在第一滤波电容(C₁)和第二滤波电容(C₂)的相接端；所述LC并联谐振电路的另一端连在所述第二开关管(Q₂)和第四开关管(Q₄)的相接端，同时连在所述第一整流二极管(D_R1)和第二整流二极管(D_R2)的相接端。

2.权利要求1所述一种适用于高压大功率场合的谐振升压直/直变换器的控制方法，其特征在于：所述控制方法的一个控制周期分为连续的八个阶段，其中：

第一阶段：t₀<t<t₁

在t₀时刻，第一开关管(Q₁)和第四开关管(Q₄)导通，v_Cr＝V_in，其中v_Cr为谐振单元中的电容的电压，V_in为直流输入电源的电压；输入端电流回路由直流输入电源、原边第一二极管(Di₁)、第一开关管(Q₁)、电感(L_r)以及第四开关管(Q₄)构成，电感(L_r)上的电压等于输入电压V_in，t₀～t₁时刻内电感(L_r)的电流(i_Lr)呈线性增加，电感电流从I₀开始线性增加到I₁，第一滤波电容(C₁)和第二滤波电容(C₂)提供负载(R_L)输出电流；

第二阶段：t₁<t<t₂

在t₁时刻，第一开关管(Q₁)和第四开关管(Q₄)同时关断，电感(L_r)和电容(C_r)发生并联谐振，直到v_Cr＝-V_o/2，其中V_o为变换器输出电压；第一滤波电容(C₁)和第二滤波电容(C₂)提供负载(R_L)输出电流；

第三阶段：t₂<t<t₃

在t₂时刻，v_Cr＝-V_o/2，第一整流二极管(D_R1)导通，电感(L_r)中的电流流过第一整流二极管(D_R1)给第一滤波电容(C₁)充电，并提供负载(R_L)电流；在t₂～t₃内，v_Cr保持不变，电感(L_r)上电流线性减少为零；

第四阶段：t₃<t<t₄

在t₃时刻，i_Lr＝I₃＝0，v_Cr＝-V_o/2，其中i_Lr表示谐振电感(L_r)的电流，I₃表示谐振电感在t₃时刻的电流，第一整流二极管(D_R1)关断，电感(L_r)和电容(C_r)发生并联谐振，直到v_Cr＝-V_in；

第五阶段：t₄<t<t₅

在t₄时刻，第二开关管(Q₂)和第三开关管(Q₃)导通，v_Cr＝-V_in，输入端电流回路由直流输入电源、原边第二二极管(Di₂)、第二开关管(Q₂)、电感(L_r)以及第三开关管(Q₃)构成，电感(L_r)上的电压等于负输入电压-V_in，t₄～t₅时刻内电感(L_r)的电流(i_Lr)呈线性反向增加，电感电流从-I₄开始反向线性增加到-I₅，第一滤波电容(C₁)和第二滤波电容(C₂)提供负载(R_L)输出电流；

第六阶段：t₅<t<t₆

在t₅时刻，第二开关管(Q₂)和第三开关管(Q₃)同时关断，电感(L_r)与电容(C_r)发生并联谐振，直到v_Cr＝V_o/2，第一滤波电容(C₁)和第二滤波电容(C₂)提供负载(R_L)输出电流；

第七阶段：t₆<t<t₇

在t₆时刻，v_Cr＝V_o/2，第二整流二极管(D_R2)导通，电感(L_r)中的电流流过第二整流二极管(D_R2)，给第二滤波电容(C₂)充电，并提供负载(R_L)电流；在t₆～t₇内，v_Cr保持不变，电感(L_r)上电流线性减少为零；

第八阶段：t₇<t<t₈

在t₇时刻，i_Lr＝I₇＝0，v_Cr＝V_o/2，I₇为谐振电感在t₇时刻的电流，第二整流二极管(D_R2)关断，电感(L_r)和电容(C_r)发生并联谐振，直到v_Cr＝V_in。