[发明专利]适用于新能源直流并网的高效直流变换器及其控制方法

权利要求书

1.一种适用于新能源直流并网的高效直流变换器，其特征在于，所述直流变换器输入侧包括输入滤波电容、第一至第六开关管、第一变压器原边、包含有第一变压器原边漏感的输入侧电感和包含有第二变压器原边漏感的第二变压器原边；

所述第一开关管的发射极连接第二开关管的集电极组成第一桥臂，第三开关管的发射极连接第四开关管的集电极组成第二桥臂，第五开关管的发射极连接第六开关管的集电极组成第三桥臂；所述输入滤波电容的正极分别连接第一开关管、第三开关管和第五开关管的集电极，负极分别连接第二开关管、第四开关管和第六开关管的发射极，且输入滤波电容两侧连接输入电压；所述第一变压器原边和输入侧电感串联后，一端连接第一开关管和第二开关管的中间节点，一端连接第三开关管和第四开关管的中间节点，使得第一变压器原边、输入侧电感、第一桥臂和第二桥臂组成第一全桥，且第一变压器原边同名端靠近第一桥臂；

所述第二变压器原边一端连接第三开关管和第四开关管的中间节点，一端连接第五开关管和第六开关管的中间节点，使得第二变压器原边、第二桥臂和第三桥臂组成第二全桥，且第二变压器原边同名端靠近第三桥臂；

所述直流变换器输出侧是包含有第一至第二变压器的副边、第一至第二二极管和第一至第二输出电容的倍压整流电路；所述第一二极管的正极连接第二二极管的负极，第二二极管的正极连接第二输出电容的负极，第二输出电容的正极连接第一输出电容的负极，第一输出电容的正极连接第一二极管的负极；所述第一变压器的副边的异名端连接第二变压器的副边的同名端，第二变压器的副边的异名端连接第一至第二输出电容的中间节点，第一变压器的副边的同名端连接第一至第二二极管的中间节点；且串联后的第一至第二输出电容两侧连接输出电压。

2.如权利要求1所述的一种适用于新能源直流并网的高效直流变换器的控制方法，其特征在于，具体方法如下：

(1)第一开关管和第四开关管驱动波形完全一样，第二开关管和第三开关管驱动波形完全一样，第一至第四开关管的驱动占空比恒为0.5，且第一开关管驱动与第二开关管驱动互补，第四开关管驱动与第三开关管驱动互补；

(2)第五开关管的开通起点与第一开关管的开通起点相同，第六开关管的开通起点与第二开关管的开通起点相同；

(3)第五开关管和第六开关管驱动的占空比相等，通过闭环控制来调节二者的占空比使电路达稳态。

3.如权利要求2所述适用于新能源直流并网的高效直流变换器的控制方法实现的工作方法，其特征在于，一个周期内包括六种工作模态；其中：V_in为输入电压，V_o为输出电压，Q₁为第一开关管，Q₂为第二开关管，Q₃为第三开关管，Q₄为第四开关管，Q₅为第五开关管，Q₆为第六开关管；T₁为原副边匝比为1:N₁的第一变压器，T₂为原副边匝比为1:N₂的第二变压器，C_in为输入滤波电容，L_f为包含有第一变压器原边漏感的输入侧电感；D₁为第一二极管，D₂为第二二极管，C_o1为第一输出电容和C_o2为第二输出电容；i_{p_1}为从第一变压器原边同名端流入的电流，i_{p_2}为从第二变压器原边同名端流入的电流，i_{D_1}为流经第一二极管的电流，i_{D_2}为流经第二二极管的电流；所述六种工作模态如下，其中：t₀≤t<t₆为一个完整的开关周期：t₀≤t<t₃为前半周期，t₃≤t<t₆后半周期：

模态一：t₀≤t<t₁

t₀时刻是一个新开关周期的起点；在所述t₀时刻，开关管Q₂和Q₃关断，开关管Q₁、Q₄和Q₅开通，Q₆处于关断状态保持不变；在t₀时刻之前，电流i_{p_1}、i_{p_2}、i_{D_1}、i_{D_2}均已为0，所以Q₂和Q₃实现了零电流关断，开关管Q₁、Q₄和Q₅则为零电流开通；t₀≤t<t₁时间区间内，电流i_{p_1}、i_{p_2}、i_{D_1}均正向线性上升，i_{D_2}仍为0；输入侧电流分为两路：第一路从V_in的正极出发，流经Q₁、L_f、T₁的原边和Q₄，回到V_in的负极；第二路从V_in的正极出发，流经Q₅、T₂的原边和Q₄，回到V_in的负极；输出侧电流线性上升，流经C_o2、两个电压器副边和D₁，方向为变压器副边同名端流出的方向；

模态二：t₁≤t<t₂

t₁时刻Q₅关断，其余5个开关管状态保持不变；t₁≤t<t₂时间区间内，i_{p_1}、i_{p_2}、i_{D_1}均线性下降，i_{D_2}保持为0；输入侧第一路电流方向和电流通路与模态一中相同；第二路电流方向与模态一中相同，但由于Q₅的关断，只在由Q₄、T₂的原边和Q₆的反并联二极管组成的环路内流动；输出侧电流线性下降，电流方向和电流通路与模态一中相同；

模态三：t₂≤t<t₃

t₂时刻，6个开关管状态保持不变，i_{p_1}、i_{p_2}、i_{D_1}均下降为0，i_{D_2}也仍为0；t₂≤t<t₃时间区间内，两个变压器和输入侧的6个开关管均无电流通过，输出侧也只由两个电容C_o1和C_o2向负载供电；

模态四：t₃≤t<t₄

t₃时刻是前半个开关周期的结束点，也是后半个开关周期的起点；在t₃时刻，开关管Q₁和Q₄关断，开关管Q₂、Q₃和Q₆开通，Q₅处于关断状态保持不变；在t₃时刻之前，电流i_{p_1}、i_{p_2}、i_{D_1}、i_{D_2}均已为0，所以Q₁和Q₄实现了零电流关断，开关管Q₂、Q₃和Q₆则为零电流开通；t₃≤t<t₄时间区间内，i_{p_1}、i_{p_2}反向线性上升，i_{D_2}正向线性上升，i_{D_1}仍为0；输入侧电流也分为两路：第一路从V_in的正极出发，流经Q₃、T₁的原边、L_f和Q₂，回到V_in的负极；第二路从V_in的正极出发，流经Q₃、T₂的原边和Q₆，回到V_in的负极；输出侧电流线性上升，流经D₂、两个电压器副边和C_o1，为变压器副边同名端流入的方向；

模态五：t₄≤t<t₅

t₄时刻Q₆关断，其余5个开关管状态保持不变；t₄≤t<t₅时间区间内，i_{p_1}、i_{p_2}、i_{D_2}均线性下降，i_{D_1}保持为0；输入侧第一路电流方向和电流通路与模态四中相同；第二路电流方向与模态四中相同，但由于Q₆的关断，只在由Q₃、T₂的原边和Q₅的反并联二极管组成的环路内流动；输出侧电流线性下降，电流方向和电流通路与模态四中相同；

模态六：t₅≤t<t₆

t₅时刻，6个开关管状态保持不变，i_{p_1}、i_{p_2}、i_{D_2}均下降为0，i_{D_1}也仍为0；t₅≤t<t₆时间区间内，两个变压器和输入侧的6个开关管均无电流通过，输出侧也只由两个电容C_o1和C_o2向负载供电，与模态三相同。