[发明专利]基于升压式Cuk双谐振的直流变换器及其控制方法

说明书

本发明公开一种基于升压式Cuk双谐振的直流变换器及其控制方法，所述直流变换器包括第一谐振电感、第二谐振电感和谐振电容，所述第一谐振电感与所述第一开关管串联后连接于所述第一节点与所述第三节点之间；所述第二谐振电感与所述第一二极管串联后连接于所述第一节点与所述第二节点之间；所述谐振电容连接于所述第三节点与所述第二节点之间，构成了双谐振的直流变换器。本发明提供的直流变换器及其控制方法，实现了开关管的零电流开通，二极管的零电流关断，以及全负载范围内的高效率宽电压调节范围。

技术领域

本发明涉及直流变换器技术领域，特别是涉及一种基于升压式Cuk双谐振的直流变换器及其控制方法。

背景技术

开关电容直流变换器有着小体积、轻重量、高效率和高功率密度等优点。但是传统的开关电容器由于自身电路特性决定，存在着开关管硬开通、充放电电流尖峰高、以及高效率的调压范围极其有限的限制因素。

为解决开关管硬开通、充放电电流尖峰高的问题，公开号US20040141345A1的美国专利中提出了一种升压式谐振开关电容变换器(SCRC)。其开关管和二极管均可实现零电流(ZCS)开通/关断，充放电电流尖峰明显减小，但是其调压范围及其有限。

为了进一步解决调压问题，在《IEEE Transactions on Power Electronics》中2018年发表的《A Family of Resonant Two-Switch Boosting Switched-CapacitorConverter With ZVS Operation and a Wide Line Regulation Range》中，通过改变SCRC的开关频率工作区间，不仅实现了开关管零电压(ZVS)开通、二极管零电流(ZCS)开通/关断、近似正弦的充放电电流，还实现了高效率的宽范围调压功能。然而，在轻载或者无负载运行时，该电路的调压范围将会再次变窄甚至失去调压能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于升压式Cuk双谐振的直流变换器及其控制方法，能够解决传统开关电容硬开通、充放电电流尖峰高的问题，并能实现全负载范围内的宽范围调压。

Cuk斩波电路是开关电源六种基本DC/DC变换拓扑之一，也称Cuk变换器，是由美国加州理工学院Slobodan Cuk博士提出的。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于升压式Cuk双谐振的直流变换器，包括正输入节点、负输入节点、正输出节点和负输出节点，所述正输入节点与所述负输入节点之间为电压输入端，所述正输出节点与所述负输出节点之间为电压输出端，第一二极管和第二二极管串联后连接在所述正输入节点与所述正输出节点之间，第一开关管和第二开关管串联后连接在所述正输入节点与所述负输入节点之间，滤波电容连接在所述正输出节点与所述负输出节点之间；所述第一二极管的正极、所述第一开关管的漏极和所述正输入节点三者相交于第一节点，所述第一二极管的负极与所述第二二极管的正极之间设置第二节点，所述第一开关管的源极与所述第二开关管的漏极之间设置第三节点，所述第二开关管的源极连接于所述负输入节点与所述负输出节点之间的第四节点，所述滤波电容的一端、所述第二二极管的负极和所述正输出节点三者相交于第五节点；所述直流变换器还包括第一谐振电感、第二谐振电感和谐振电容：

所述第一谐振电感与所述第一开关管串联后连接于所述第一节点与所述第三节点之间；所述第二谐振电感与所述第一二极管串联后连接于所述第一节点与所述第二节点之间；所述谐振电容连接于所述第三节点与所述第二节点之间。

可选的，所述第一节点与所述第三节点之间的所述第一谐振电感与所述第一开关管依次串联；或所述第一节点与所述第三节点之间的所述第一开关管与所述第一谐振电感依次串联。

可选的，所述第一节点与所述第二节点之间的所述第二谐振电感与所述第一二极管依次串联；或所述第一节点与所述第二节点之间的所述第一二极管与所述第二谐振电感依次串联。