[发明专利]一种组合变换器的控制方法

摘要

本发明公布了一种组合变换器的控制方法。组合变换器由升压电路和逆变器构成，其通过控制开关元件的导通和关断，实现升压功能的同时可使开关元件集电极和发射极之间的电压降相对于现有技术大大降低，且相对于现有技术开关器件少，减小整体开关管的导通损耗和开关损耗，且逆变器利用无源元件电容做能量交换元件，合理划分电路工作区域，可实现降低能耗，延长使用寿命，进一步减小了变换器的整体损耗，结构简单，电路中无能量损耗元件，提高了变换器的工作效率。

主权项

1.一种组合变换器的控制方法，其特征在于：所述组合变换器由前级升压电路和后级逆变器构成，且前级升压电路采用降低开关应力的控制方法，后级逆变器采用降低中间直流电源使用频率的控制方法；所述控制方法基于组合变换器实现，组合变换器由前级升压电路和后级逆变器构成，组合变换器的升压电路包括输入电源，其产生输入电压Vin，开关元件S1、S2、二极管D1、D2、电感L、输入电容C1、中间电容C2和输出电容Co，由于开关器件的特性，开关元件S1、S2分别具有寄生电容CS1、CS2；具体连接关系为：输入电压Vin的正极连接电感L的一端和输入电容C1的负端，电感L的另一端连接开关元件S1的集电极、二极管D1的阳级，开关元件S1的发射极连接开关元件S2的集电极，开关元件S2的发射极连接输入电压Vin的负极，中间电容C2的一端连接二极管D1的阴极，另一端连接开关元件S1的发射极，二极管D2的阳极连接二极管D1的阴极，二极管D2的阴极连接输入电容C1的正端，输出电容Co的一端连接二极管D2的阴极，输出电容Co的另一端连接输入电压Vin的负极，并在其两端产生输出电压Vout，开关元件S1、S2构成开关元件支路，二极管D1、D2构成二极管支路，开关元件支路和二极管支路在同一时刻不同时导通；具有低电压开关应力的升压电路和低损耗的逆变器构成的组合变换器的逆变器包括第一开关A、第二开关B、第一功率开关管M1、第二功率开关管M2、第三功率开关管M3、第四功率开关管M4、第五功率开关管M5、第六功率开关管M6、第一二极管D3、第二二极管D4、储能电容C，第一开关A的另一端连接第一二极管D3的阴极、第一功率开关管M1的一端、第二功率开关管M2的一端、第三功率开关管M3的一端，第二开关B的一端连接第二二极管D4的阳极、第四功率开关管M4的一端、第五功率开关管M5的一端、第六功率开关管M6的一端，第一功率开关管M1的另一端、第二功率开关管M2的另一端、第三功率开关管M3的另一端分别连接第四功率开关管M4的另一端、第五功率开关管M5的另一端、第六功率开关管M6的另一端，且各连接点连接三相负载，所述三相负载为三相交流电机或三相电网，储能电容C的负极连接第二开关B的另一端，储能电容C的正极连接第一二极管的阳极D3和第二二极管D4的阴极；升压电路和逆变器之间的连接关系为：输出电容Co的一端连接第一开关A的一端，输出电Co的另一端连接储能电容C的负极；升压电路工作第一阶段为：开关元件S1、S2均导通，由开关元件S1、S2构成的开关支路处于导通状态，电感电流IL将流过开关元件S1、S2，电流从输入电压Vin的正极经过电感L流向输入电压Vin的负极；不经过二极管D1、D2，由二极管D1、D2构成的二极管支路处于断开状态；升压电路工作第二阶段为：开关元件S1导通，开关元件S2关断，由于开关元件S2的关断，导致开关支路处于断开状态，电感电流将通过二极管D1、D2流向输入电容C1和输出电容Co，二极管支路处于导通状态，此时的电容状态为中间电容C2和寄生电容CS2串联后与输出电容Co和二极管D2串联支路并联；达到稳态后中间电容C2和寄生电容CS2各自的电压将为输出电容Co上的输出电压的50％；升压电路工作第三阶段为：开关元件S1关断、开关元件S2关断，由于开关元件S1、S2的关断，导致开关支路仍处于断开状态，电感电流将继续通过二极管D1、D2流向输入电容C1和输出电容Co，二极管支路仍处于导通状态，此时的电容状态为(1)中间电容C2和寄生电容CS2串联后与输出电容Co和二极管D2串联支路并联；(2)寄生电容CS1与中间电容C2和二极管D1串联支路并联，达到稳态后中间电容C2和寄生电容CS2各自的电压将为输出电容Co上的输出电压的50％，寄生电容CS1的电压为中间电容C2的电压，也为输出电容Co上的输出电压的50％；升压电路工作第四阶段为：开关元件S1导通、开关元件S2关断，由于开关元件S2的关断，导致开关支路仍处于断开状态，假设该电路电流处于连续模式，电感电流将继续通过二极管D1、D2流向输入电容C1和输出电容Co，二极管支路仍处于导通状态，此时的电容状态为：(1)中间电容C2和寄生电容CS2串联后与输出电容Co和二极管D2串联支路并联，(2)寄生电容CS1两端由于开关管S1的导通处于短接状态；达到稳态后中间电容C2和寄生电容CS2各自的电压将为输出电容Co上的输出电压的50％，寄生电容CS1的电压将被泄放降至0；升压电路工作第五阶段为：开关元件S1导通、开关元件S2导通，由于开关元件S1、S2的导通，导致开关支路回到导通状态，电感电流IL将流过开关元件S1、S2，电流从输入电压Vin的正极经过电感L流向输入电压Vin的负极；由于二极管D1、D2承受反向压降，二极管支路将变为处于关断状态，此时的电容状态为：(1)中间电容C2暂时处于悬浮状态(2)，寄生电容CS2两端由于开关管S2的导通处于短接状态；达到稳态后中间电容C2由于电压不能突变暂时仍将为输出电容Co上的输出电压的50％，寄生电容CS1、CS2的电压将被泄放降至0；逆变电路工作过程为：将第一功率开关管M1、第二功率开关管M2、第三功率开关管M3、第四功率开关管M4、第五功率开关管M5、第六功率开关管M6构成的三相逆变器分为六个开关区域，在第一开关区域中，开关M1和M5闭合，并且其它四个断开；在第二开关区域中，开关M1和M6闭合，并且其它四个断开；在第三开关区域中，开关M2和M6闭合，并且其它四个断开；在第四开关区域中，开关M2和M4闭合，并且其它四个断开；在第五开关区域中，开关M3和M4闭合，并且其它四个断开；最后，在第六开关区域中，开关M3和M5闭合，并且其它四个断开；在第一、三、五开关区域时，第一开关A闭合，第二开关B关断；在第二、四、六开关区域时，第二开关B闭合，第一开关A关断；在第一、三、五开关区域时，输入电源驱动负载和给储能电容充电；在第二、四、六开关区域时，储能电容释放能量，驱动负载工作；如此有效减少中间直流电源的使用频率，降低中间直流电源的能耗，提高系统的工作效率。