[发明专利]具有低纹波的四开关升降压变换器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电压变换器及其控制方法，尤其涉及一种具有低纹波的四开关升降压变换器及其控制方法，属于电力电子变换器技术领域。

背景技术

升降压直流变换器在光伏发电系统、可再生能源供电系统、蓄电池充放电等电压宽范围变化的场合具有广泛的应用前景。低纹波是直流-直流变换器所关注的重要性能指标，不仅可以减小滤波器的体积和重量，还可以有效改善输入源或负载的电能质量。在光伏发电应用场合，升降压变换器通常作为前级直流变换器与光伏电池相连，低纹波可以有效保证最大功率点跟踪具有良好的性能。

传统的单开关管升降压直流变换器，如Buck/Boost、Flyback、SEPIC和Cuk变换器等，虽然能够实现升降压变换的功能，但它们存在诸如器件应力高、体积重量大、输入输出反极性等问题，限制了它们在某些场合的应用。

请参见图1，现有的四开关升降压直流变换器只使用一个电感，拓扑结构简洁、功率密度高，但输入和输出端的电流都断续，不满足低纹波场合的应用需求。为了实现输入输出端的低纹波，需要额外在其输入和输出端均增加一个LC滤波器，如图2所示，从而增加了变换器的体积、重量和成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有低纹波的四开关升降压直流变换器及其控制方法，能够有效降低直流变换器输入输出端的纹波，输入/输出之间为单级功率变换，变换效率高；且输入/输出电流连续，适用于对电流纹波要求较小的场合。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种具有低纹波的四开关升降压变换器，包括输入源、第一滤波电感、第一滤波电容、第一开关管、第二开关管、第二滤波电感、第三开关管、第四开关管、第二滤波电容、第三滤波电感和负载，所述输入源的正极连于第一滤波电感的一端，所述第一滤波电感的另一端分别连于第一滤波电容的一端和第一开关管的漏极，所述第一开关管的源极分别连于第二开关管的漏极和第二滤波电感的一端，所述第二滤波电感的另一端分别连于第三开关管的源极和第四开关管的漏极，所述第三开关管的漏极分别连于第二滤波电容的一端和第三滤波电感的一端，所述第三滤波电感的另一端连于负载的一端，所述负载的另一端分别连于第二滤波电容的另一端、第四开关管的源极、第二开关管的源极、第一滤波电容的另一端和输入源的负极。

上述的具有低纹波的四开关升降压变换器，其中，所述第一滤波电感与第三滤波电感为耦合电感，两者共用磁芯且反向耦合。

上述的具有低纹波的四开关升降压变换器，其中，所述第一滤波电感的同名端和输入源的正极相连，所述第三滤波电感的同名端通过负载和输入源的负极相连。

本发明为解决上述技术问题还提供一种上述具有低纹波的四开关升降压变换器的控制方法，其中，包括如下步骤：直流升压变换时，所述第三开关管和第四开关管工作在高频开关状态且互补导通，所述第一开关管保持直通而第二开关管保持关断；直流降压变换时，所述第一开关管和第二开关管工作在高频开关状态且互补导通，所述第三开关管保持直通而第四开关管保持关断。

上述的具有低纹波的四开关升降压变换器的控制方法，其中，直流升压变换时，所述输入源的输入电压V_in和直流输出电压V₀关系如下：直流降压变换时，所述输入源的输入电压V_in和直流输出电压V₀关系如下：V_o＝d₁V_in；d₁为第一开关管的占空比，d₂为第四开关管的占空比。

上述的具有低纹波的四开关升降压变换器的控制方法，其中，稳态工作时，所述输入源的输入电压V_in和直流输出电压V₀关系如下：d₁为第一开关管的占空比，d₂为第四开关管的占空比。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的具有低纹波的四开关升降压变换器及其控制方法，所述输入源和输出之间为单级功率变换且保证电流连续，从而提高变换效率，有效降低了直流变换器输入输出端的纹波，适用于对电流纹波要求较小的场合。

附图说明

图1为现有四开关升降压直流变换器电路原理图；

图2为现有带有独立输入输出LC滤波器的四开关升降压直流变换器电路原理图；

图3为本发明具有低纹波的四开关升降压变换器电路原理图；