本發明涉及電力電子,特別是涉及一種高升壓比多相浮動交錯型boost變換器及其驅動方法。
背景技術:
1、得益于簡單的拓撲結構以及較高的轉換效率,交錯boost變換器(interleavedboost?converter,ibc)及其衍生拓撲已廣泛應用于電源系統中,可將能量產生或存儲單元,如太陽能帆板或燃料電池等,與功率母線相連。然而,通常燃料電池的輸出電壓較低,雖然理論上可以通過增大ibc的占空比以產生更高電壓增益,但在實踐中,因拓撲中功率二極管的反向恢復以及寄生參數等問題,ibc可提供的電壓增益不能超過4倍,即對應0.75的占空比,且隨著輸出電壓與功率等級的增加,該增益極限將進一步減小。
2、已有諸多研究針對上述問題展開,以期找到非隔離升壓變換器中不臨近占空比極限值而能進一步拓展電壓增益的功率拓撲,如浮動交錯boost變換器(float?interleavedboost?converter,fibc)。fibc自ibc演化而來,由浮動相和固定相兩相模塊組成,如圖1所示,其中,兩相輸入端并聯,浮動相輸出濾波電容的正極與輸入端正極相連,且固定相輸出濾波電容的負極與輸入端地線相連,因此,輸出電壓vo與輸入電壓vin間的增益為(1+d)/(1-d),其中,d為功率開關管的占空比。上述分析可知,fibc的電壓增益相比ibc已有提升,但提升效果有限。
技術實現思路
1、本發明的目的是提供一種高升壓比多相浮動交錯型boost變換器及其驅動方法,以解決現有boost變換器電壓增益提升效果有限的問題。
2、為實現上述目的,本發明提供了如下方案:
3、一種高升壓比多相浮動交錯型boost變換器,包括:固定相以及浮動相;
4、所述固定相與所述浮動相中的輸入端各有兩相并聯;
5、所述固定相包括濾波電感la、濾波電感lb的一端、功率二極管do1、功率二極管do2、內部輸出濾波電容c1、外部輸出濾波電容co1、功率開關管s1和功率開關管s2;
6、所述浮動相包括濾波電感lc、濾波電感ld的一端、功率二極管do3、功率二極管do4、內部輸出濾波電容c2、外部輸出濾波電容co2、功率開關管s3和功率開關管s4;
7、所述濾波電感la的一端與所述濾波電感lb的一端、所述外部輸出濾波電容co2的一端、所述功率開關管s3的源極和所述功率開關管s4的源極相連接;所述濾波電感la的另一端與所述功率二極管do1的正極以及所述功率開關管s1的漏極相連接;所述濾波電感lb的另一端與所述功率開關管s2的漏極以及所述內部輸出濾波電容c1的一端相連接;所述功率二極管do1的負極與所述功率二極管do2的正極以及所述內部輸出濾波電容c1的另一端相連接;所述功率二極管do2的負極與所述外部輸出濾波電容co1的一端以及輸出負載r0的一端相連接;所述外部輸出濾波電容co1的另一端與輸入電壓vin、所述濾波電感lc的一端以及所述濾波電感ld的一端相連接;
8、所述濾波電感lc的另一端與所述功率二極管do3的負極以及所述功率開關管s3的源極相連接;所述濾波電感ld的另一端與所述功率開關管s4的源極以及所述內部輸出濾波電容c2的一端相連接;所述功率二極管do3的正極與所述內部輸出濾波電容c2的另一端以及所述功率二極管do4的負極相連接;所述功率二極管do4的正極與所述外部輸出濾波電容co2的另一端以及輸出負載r0的另一端相連接;
9、設定交錯各相的驅動信號間按照所述功率開關管s1、所述功率開關管s3、所述功率開關管s2和所述功率開關管s4的順序在時序上互錯90°,并基于不同高升壓比多相浮動交錯型boost變換器的占空比的工作區間,根據由四個功率開關管以及四個功率二極管的啟閉狀態組成的工作模式采用不同的驅動方式驅動。
10、可選的,所述工作模式,具體包括:10種模式;
11、模式i是所述功率開關管s1閉合,所述功率二極管do2、所述功率二極管do3及所述功率二極管do4正向導通,或,所述功率開關管s3閉合,所述功率二極管do1、所述功率二極管do2及所述功率二極管do4正向導通;
12、模式ii是所述功率開關管s2閉合,所述功率二極管do1、所述功率二極管do3及所述功率二極管do4正向導通,或,所述功率開關管s4閉合,所述功率二極管do1、所述功率二極管do2及所述功率二極管do3正向導通;
13、模式iii是所述功率開關管s1及所述功率開關管s3閉合,所述功率二極管do2及所述功率二極管do4正向導通;
14、模式iv是所述功率開關管s2及所述功率開關管s4閉合,所述功率二極管do1及所述功率二極管do3正向導通;
15、模式v是所述功率開關管s1及所述功率開關管s2閉合,所述功率二極管do3及所述功率二極管do4正向導通,或,所述功率開關管s3及所述功率開關管s4閉合,所述功率二極管do1及所述功率二極管do2正向導通;
16、模式vi是所述功率開關管s1及所述功率開關管s4閉合,所述功率二極管do2及所述功率二極管do3正向導通,或,所述功率開關管s2及所述功率開關管s3閉合,所述功率二極管do1及所述功率二極管do4正向導通;
17、模式vii是所述功率開關管s1、所述功率開關管s2及所述功率開關管s3閉合,所述功率二極管do4正向導通,或,所述功率開關管s1、所述功率開關管s3及所述功率開關管s4閉合,所述功率二極管do2正向導通;
18、模式viii是所述功率開關管s1、所述功率開關管s2及所述功率開關管s4閉合,所述功率二極管do3正向導通,或,所述功率開關管s2、所述功率開關管s3及所述功率開關管s4閉合,所述功率二極管do1正向導通;
19、模式ix是所述功率開關管s1、所述功率開關管s2、所述功率開關管s3及所述功率開關管s4閉合;
20、模式x是所述功率二極管do1、所述功率二極管do2、所述功率二極管do3及所述功率二極管do4正向導通。
21、可選的,當所述高升壓比多相浮動交錯型boost變換器的占空比的工作區間為0.5≤d<1時,采用對稱式驅動方式驅動;所述對稱式驅動方式為d1=d2=d3=d4=d;其中,d為所述高升壓比多相浮動交錯型boost變換器的占空比,d1~d4為四個功率開關管的占空比;
22、當所述高升壓比多相浮動交錯型boost變換器的占空比的工作區間為0<d<0.5時,采用非對稱式驅動方式驅動;所述非對稱式驅動方式驅動為d1=d3=d,d2=d4=0.5。
23、可選的,當0.75≤d<1時,在一個開關周期內,工作順序為模式ix→模式viii→模式ix→模式vii→模式ix→模式vii→模式ix→模式viii。
24、可選的,當0.5≤d<0.75時,在一個開關周期內,工作順序為模式viii→模式vi→模式vii→模式iii→模式vii→模式vi→模式viii→模式iv。
25、可選的,當0<d<0.25時,在一個開關周期內,工作順序為模式vi→模式iii→模式i→模式vi→模式ii→模式iv。
26、可選的,當0.25≤d<0.5時,在一個開關周期內,工作順序為模式vi→模式ii→模式i→模式x→模式ii→模式ii。
27、一種高升壓比多相浮動交錯型boost變換器的驅動方法,包括:
28、基于高升壓比多相浮動交錯型boost變換器的占空比的工作區間,根據由四個功率開關管以及四個功率二極管的啟閉狀態組成的工作模式采用不同的驅動方式驅動;所述驅動方式包括對稱式驅動方式以及非對稱式驅動方式。
29、可選的,當所述高升壓比多相浮動交錯型boost變換器的占空比的工作區間為0.5≤d<1時,采用對稱式驅動方式驅動;所述對稱式驅動方式為d1=d2=d3=d4=d;其中,d為所述高升壓比多相浮動交錯型boost變換器的占空比,d1~d4為四個功率開關管的占空比;
30、濾波電感la、濾波電感lb、濾波電感lc、濾波電感ld的電感電壓均在一個開關周期內滿足伏秒平衡關系;
31、所述伏秒平衡關系為:
32、
33、輸出電壓為:
34、
35、其中,vc1為內部輸出濾波電容c1兩端的電壓,vc2為內部輸出濾波電容c2兩端的電壓,vco1為外部輸出濾波電容co1兩端的電壓,vco2為外部輸出濾波電容co2兩端的電壓,vo為輸出電壓,vin為輸入電壓。
36、可選的,當所述高升壓比多相浮動交錯型boost變換器的占空比的工作區間為0<d<0.5時,采用非對稱式驅動方式驅動;所述非對稱式驅動方式驅動為d1=d3=d,d2=d4=0.5;其中,d為所述高升壓比多相浮動交錯型boost變換器的占空比,d1~d4為四個功率開關管的占空比;
37、濾波電感la、濾波電感lb、濾波電感lc、濾波電感ld的電感電壓均在一個開關周期內滿足伏秒平衡關系;
38、所述伏秒平衡關系為:
39、
40、輸出電壓為:
41、
42、其中,vc1為內部輸出濾波電容c1兩端的電壓,vc2為內部輸出濾波電容c2兩端的電壓,vco1為外部輸出濾波電容co1兩端的電壓,vco2為外部輸出濾波電容co2兩端的電壓,vo為輸出電壓,vin為輸入電壓。
43、根據本發明提供的具體實施例,本發明公開了以下技術效果:本發明提供了一種高升壓比多相浮動交錯型boost變換器,基于高升壓比多相浮動交錯型boost變換器的拓撲結構,基于不同高升壓比多相浮動交錯型boost變換器的占空比的工作區間,根據由四個功率開關管以及四個功率二極管的啟閉狀態組成的工作模式采用不同的驅動方式驅動,使得高升壓比多相浮動交錯型boost變換器在全工作范圍內都能夠保持高增益特性。