[发明专利]一种软开关升压型DC-DC变换器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种软开关升压型直流-直流变换器及其控制方法，属于电能变换领域。

背景技术

升压型直流-直流变换器采用高频斩波技术，将较低的直流电压提升到较高的直流电压，在燃料电池、光伏发电系统中获得了广泛应用。但是传统电路采用硬开关的工作方式，在功率开关器件以及功率二极管的导通和关断过程中，产生较大的开关损耗，由于开关频率很高，造成系统效率下降，不利于降低损耗、体积和成本。

近几年提出的软开关技术，即通过附加有源或无源缓冲电路，使主电路的功率开关器件和功率二极管在零电压、零电流时导通或者关断，进而降低开关损耗，提高系统效率。一种现有方案的原理如图1所示，是在主电路上附加一辅助电路来实现主开关的零电压开通。这种方案不能实现辅助电路中的功率开关器件的软开关，而且在主功率回路串联谐振电感，造成损耗加大，谐振电感的容量也要和主回路的滤波电感相一致，因此造成其效率低、成本和体积均有所增加。专利“直流变换器功率开关管的软开关方法和软开关直流变换器(授权公告号CN1123962C)”公开了一种软开关方案(如图2所示)，其原理是在直流变换器的基础上增加辅助功率开关管、谐振电容、谐振电感，三者与主功率开关管S构成谐振回路，在主、辅功率开关管上分别反向并联一个二极管，且在主功率开关管上并联一个充放电电容。利用上述谐振回路的谐振特性、谐振电感电流不能突变的特性以及充放电电容电压不能突变的特性，并通过脉宽调制电路控制主、辅助功率开关管周期性地开通和关断，实现开关管的零电压电流开、零电压关。辅助功率开关管的零电流开、零电压关，以及整流二极管的零电压关，进而有效提高了系统效率。但是这种方案同样存在功率回路中串联谐振电感的问题，同时其需要的辅助器件较多，上述因素造成其在体积和成本方面的劣势。

发明内容

鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种软开关升压型DC-DC变换器及其控制方法，解决现有直流-直流变换器存在的主开关器件的开关损耗大、附加的软开关电路体积大、成本高的问题。

本发明上述第一个目的，一种软开关升压型DC-DC变换器，其特征在于：所述变换器的结构组成包括电容C₁、C₂、C₃，滤波电感L₁、L₂，开关器件S₁、S₂，二极管D₁、D₂、D₃，直流电压检测电路，驱动电路以及控制器；

其连接结构为：变换器输入端的滤波电容C₁与直流电源正、负极相并联；滤波电感L₁的一端与直流电源正极、C₁的一端以及开关器件S₂的功率输出端相连；滤波电感L₁的另一端与二极管D₁的正极、二极管D₃的正极以及开关器件S₁的功率输入端相连；二极管D₁的负极与变换器的输出端正极以及滤波电容C₃的一端相连；二极管D₃的负极与电容C₂的一端、电感L₂的一端相连；电感L₂的另一端与二极管D₂的正极相连，二极管D₂的负极与开关器件S₂的功率输入端相连；变换器输入端的直流电源负极与输出端的电源负极和电容C₂的另一端、开关器件S₁的功率输出端以及电容C₃的另一端相连；直流电压检测电路的输入端连接电容C₃的两端，且直流电压检测电路的输出端连接控制器的模拟量输入接口，控制器的输出端连接驱动电路，驱动电路的一个输出端连接开关器件S₁的信号端，另一个输出端连接开关器件S₂的信号端。

进一步地，上述开关器件S₁、S₂为全控性功率器件，二极管D₁、D₂、D₃为快恢复型功率二极管。

本发明上述第二个目的，一种软开关升压型DC-DC变换器的控制方法，其特征在于：设置采样周期，并在每个采样周期中，执行如下步骤：

步骤I、首先开通开关器件S₂；