[发明专利]一种Buck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Buck端耦合电感式升降压变换电路，属于直流非隔离变换技术，在宽的输入电压范围内能够实现输出电压稳定；本发明主要利用耦合电感、三只功率开关管和三只续流二极管实现升降压功能，保证输出电压稳定。本发明中Buck端耦合电感中的电流工作在断续模式，能够实现Buck端两只功率开关管零电流开通、Buck端两个续流二极管零电流关断，消除Buck端两只二极管反向恢复问题，从而实现了软开关功能，提高了变换电路的效率；不需要均流控制，即使Buck端两个功率开关管占空比略有不同，仍然能够实现耦合电感中两个电感电流均流。本发明适用于宽输入的电动汽车、燃料电池、光伏发电和风力发电等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，它涉及一种非隔离直流升降压功能的变换器。

背景技术

燃料电池供电、新能源发电(光伏发电、风力发电等)、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，它们的输出电压波动范围较大，通常无法直向负载供电。因此，需要一个宽输入电压功率变换器作为它们的后级变换器，经其稳压后再向用电设备提供高质量电能。该宽输入电压功率变换器具有升降压功能，即升降压功率变换器。

在升降压功率变换器当中，常见的有隔离型反激变换器和非隔离型单管Buck-Boost变换器、Cuk、Zeta、SEPIC变换器以及双管Buck-Boost变换器等几种。单管Buck-Boost、Cuk、Zeta和SEPIC变换器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-Buck、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变换器研究和应用也常见。但是，在现有双管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Buck电路中开关管和二极管的硬开关问题，发明一种Buck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、直流微网以及新能源发电(光伏发电和风力发电等)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Buck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Buck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的正极分别与第一功率开关管S1的漏极和第二功率开关管S2的漏极相连接；所述降压电路包括第一功率开关管S1、第一续流二极管D1、第二功率开关管S2、第二续流二极管D2，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，两者接头处与耦合电感中电感L1的同名端相连接，第二功率开关管S2的源极与第二续流二极管D2的阴极相连接，两者接头处与耦合电感中电感L2的同名端相连接，第一续流二极管D1的阳极和第二续流二极管D2的阳极相连接，两者接头处与输入直流电压源Uin的负极相连接；所述耦合电感包括耦合电感中电感L1、电感L2，电感L1的另一端与电感L2的另一端连接，两者接头处与第三功率开关管S3的漏极相连接；所述升压电路包括第三功率开关管S3、第三续流二极管D3、第三功率开关管S3的漏极与第三续流二极管D3阳极相连接，第三续流二极管D3的阴极与输出滤波电容C的正极相连接；第三功率开关管S3的源极与第一续流二极管D1的阳极和第二续流二极管D2的阳极接头处相连接；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的负极与第三功率开关管S3的源极相连接。

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，以权利要求2中的输出端滤波电容C端输出电压Uout为控制对象进行控制的，其步骤如下所述：