技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于電學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種單管雙端逆變隔離型dc-dc(直流-直流)升壓變換器，特別是一種用單個開關(guān)管進行雙端逆變的隔離型dc-dc升壓變換器拓撲。

背景技術(shù)：
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傳統(tǒng)的隔離型dc-dc升壓變換器拓撲有正激型、反激型、半橋型、全橋型、推挽型五種電路形式，其中，正激型和反激型電路結(jié)構(gòu)簡單、成本低、容易控制，但存在變壓器單向勵磁，磁芯容易飽和，磁芯利用率低，功率難以做大，難以實現(xiàn)軟開關(guān)控制等缺點；半橋型和全橋型電路的變壓器雙向勵磁，磁芯利用率高，功率可以做大，也可實現(xiàn)軟開關(guān)控制，但是存在偏磁問題，而且上下橋臂容易直通，電路控制相對困難、可靠性較低；推挽型電路的變壓器也是雙向勵磁，不存在上下橋臂直通問題，但是存在偏磁問題，而且變壓器需要抽頭、設(shè)計困難，不能實現(xiàn)軟開關(guān)。近年來出現(xiàn)了一種有源鉗位式反激型電路拓撲，該拓撲是在傳統(tǒng)反激型拓撲中增加了有源鉗位支路，通過輔助開關(guān)管使主開關(guān)管實現(xiàn)了零電壓軟開關(guān)，同時輔助開關(guān)管也實現(xiàn)了零電壓開關(guān)，不存在直通問題，效率較傳統(tǒng)反激型拓撲大為提高，已被應(yīng)用于太陽能微型逆變器的前級電路當(dāng)中，但是該新型拓撲仍存在單向勵磁，磁芯容易飽和，磁芯利用率低，功率難以做大等問題，而且鉗位支路的輔助開關(guān)管與主開關(guān)管互補導(dǎo)通，輔助開關(guān)管導(dǎo)通損耗較大，制約了該拓撲的進一步普及應(yīng)用。因此，設(shè)計一種單管雙端逆變隔離型直流-直流升壓變換器。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，在普通單端反激型電路拓撲的基礎(chǔ)上，在其變壓器原邊并聯(lián)諧振電容，在變壓器副邊級聯(lián)高頻倍壓整流電路，并聯(lián)支路的諧振電容與變壓器原邊線圈電感進行諧振，從而使原變換器變成了雙向勵磁，提高磁芯利用率，并且提高隔離變換器輸出對輸入的電壓增益；變壓器副邊級聯(lián)的高頻倍壓整流電路使變壓器副邊線圈輸出的不對稱電壓得到有效利用，從而使變換器的整體效率進一步提高。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所述單管雙端逆變隔離型dc-dc升壓變換器的主體結(jié)構(gòu)包括第一濾波電容、諧振電容、開關(guān)管、第一二極管、高頻變壓器、高頻倍壓整流電路、負載和控制驅(qū)動電路，vdc經(jīng)第一濾波電容濾波后，開關(guān)管和第一二極管將直流電逆變成高頻交流電，高頻交流電施加在原邊線圈電感的兩端，副邊線圈電感兩端感應(yīng)出電壓，副邊線圈電感兩端電壓經(jīng)高頻倍壓整流電路后轉(zhuǎn)換成直流電，為負載供電；第一濾波電容用于濾波，諧振電容與高頻變壓器中的原邊線圈電感發(fā)生準諧振，使開關(guān)管實現(xiàn)零電壓開通；開關(guān)管和第一二極管用于實現(xiàn)電能逆變，第一二極管為開關(guān)管的反并聯(lián)二極管；高頻變壓器由原邊線圈電感、磁芯、副邊線圈電感電連接組成，用于將能量從原邊傳遞到副邊，從而為負載供電，高頻變壓器使原副邊實現(xiàn)電氣隔離，高頻變壓器的耦合系數(shù)為0.5-0.95，第二二極管、第三二極管、第二濾波電容和第三濾波電容電連接組成高頻倍壓整流電路，用于高頻整流及升壓；負載為變換器的后級，負載兩端的電壓為輸出電壓，控制驅(qū)動電路用于控制開關(guān)管的開通與關(guān)斷。

本發(fā)明實現(xiàn)單管雙端逆變隔離型dc-dc升壓變換器控制的過程包括以下步驟：

(1)、先采用脈沖寬度調(diào)制(pwm)軟啟動，即給定初始開關(guān)頻率，保持開關(guān)頻率不變，導(dǎo)通時間逐漸增加至設(shè)定值，輸出電壓達到設(shè)定電壓；

(2)、實現(xiàn)pwm軟啟動后，當(dāng)檢測到諧振電容的電壓和第一濾波電容的電壓相等時，進入中斷，控制驅(qū)動電路使開關(guān)管的驅(qū)動電壓變?yōu)楦唠娖剑_關(guān)管實現(xiàn)零電壓開通，然后中斷返回，當(dāng)諧振電容的電壓和第一濾波電容的電壓相等時，原邊線圈電感開始通過第一二極管和第一濾波電容進行續(xù)流，開關(guān)管漏源兩端的電壓為0，此時使開關(guān)管的驅(qū)動電壓變?yōu)楦唠娖?，開關(guān)管實現(xiàn)零電壓開通；

(3)、檢測輸出電壓是否變化，當(dāng)電路輸出電壓不穩(wěn)定時，通過脈沖頻率調(diào)制(pfm)控制穩(wěn)定輸出電壓，若輸出電壓變大，控制驅(qū)動電路增加開關(guān)頻率；若輸出電壓減小，控制驅(qū)動電路減小開關(guān)頻率，從而穩(wěn)定電路的輸出電壓；

(4)、判斷電路是否停止工作，若給出停止工作信號，則電路停止運行；若未給出停止工作信號，則重新檢測輸出電壓，重復(fù)上述步驟，實現(xiàn)變換器的控制，同時使開關(guān)管實現(xiàn)零電壓開通。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，變壓器原邊并聯(lián)的諧振電容與變壓器原邊線圈電感進行諧振使變換器的開關(guān)管既能實現(xiàn)零電壓開通又能實現(xiàn)零電壓關(guān)斷，在開關(guān)管開通和關(guān)斷期間均可向變壓器副邊傳輸能量，使變壓器實現(xiàn)雙向勵磁，從而增加變換器的傳輸功率；輸出/輸入間具有較高的電壓增益，在變壓器匝數(shù)比一定的情況下，能夠通過脈沖頻率調(diào)制進一步提高輸出電壓，使輸出電壓具有很寬的調(diào)整范圍；變壓器副邊級聯(lián)的高頻倍壓整流電路使得變壓器副邊線圈輸出的不對稱電壓得到有效利用，使變換器的整體效率進一步提高；其電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可靠性高，效率高等優(yōu)點，能夠通過調(diào)整開關(guān)頻率提升電壓增益，可廣泛用于中小型或微型光伏逆變器的前級電路、中小型ups電源的前級電路、中小型隔離dc-dc升壓變換器、變頻微波爐主電路及無線電能傳輸?shù)入娐分小?/p>

附圖說明：

圖1是本發(fā)明所述單管雙端逆變隔離型dc-dc升壓變換器的電路原理示意圖。

圖2是本發(fā)明所述單管雙端逆變隔離型dc-dc升壓變換器的控制工藝流程圖。

圖3是本發(fā)明所述單管雙端逆變隔離型dc-dc升壓變換器的工作波形圖，其中ugs為開關(guān)管q1的驅(qū)動電壓，uds為開關(guān)管q1漏源兩端的電壓，up為諧振電容cp兩端的電壓，ip為原邊線圈電感l(wèi)p的電流。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步詳細地說明。

實施例：

本實施例所述單管雙端逆變隔離型dc-dc升壓變換器的主體結(jié)構(gòu)包括第一濾波電容c1、諧振電容cp、開關(guān)管q1、第一二極管dq1、高頻變壓器1、高頻倍壓整流電路2、負載z和控制驅(qū)動電路3，vdc經(jīng)第一濾波電容c1濾波后，開關(guān)管q1和第一二極管dq1將直流電逆變成高頻交流電，高頻交流電施加在原邊線圈電感l(wèi)p的兩端，副邊線圈電感l(wèi)s兩端感應(yīng)出電壓，副邊線圈電感l(wèi)s兩端電壓經(jīng)高頻倍壓整流電路2后轉(zhuǎn)換成直流電，為負載z供電；第一濾波電容c1用于濾波，諧振電容cp與高頻變壓器1中的原邊線圈電感l(wèi)p發(fā)生準諧振，使開關(guān)管q1實現(xiàn)零電壓開通；開關(guān)管q1和第一二極管dq1用于實現(xiàn)電能逆變，第一二極管dq1為開關(guān)管q1的反并聯(lián)二極管；高頻變壓器1由原邊線圈電感l(wèi)p、磁芯t、副邊線圈電感l(wèi)s電連接組成，用于將能量從原邊傳遞到副邊，從而為負載z供電，高頻變壓器1使原副邊實現(xiàn)電氣隔離，高頻變壓器1的耦合系數(shù)為0.5-0.95，第二二極管d1、第三二極管d2、第二濾波電容c2和第三濾波電容c3電連接組成高頻倍壓整流電路2，用于高頻整流及升壓；負載z為變換器的后級，負載z兩端的電壓為輸出電壓，控制驅(qū)動電路3用于控制開關(guān)管q1的開通與關(guān)斷。

本實施例實現(xiàn)單管雙端逆變隔離型dc-dc升壓變換器控制的過程包括以下步驟：

(1)、先采用pwm軟啟動，即給定初始開關(guān)頻率，保持開關(guān)頻率不變，導(dǎo)通時間逐漸增加至設(shè)定值，輸出電壓達到設(shè)定電壓；

(2)、實現(xiàn)pwm軟啟動后，當(dāng)檢測到諧振電容cp的電壓和第一濾波電容c1的電壓相等時，進入中斷，控制驅(qū)動電路3使開關(guān)管q1的驅(qū)動電壓變?yōu)楦唠娖?，開關(guān)管q1實現(xiàn)零電壓開通，然后中斷返回，當(dāng)諧振電容cp的電壓和第一濾波電容c1的電壓相等時，原邊線圈電感l(wèi)p開始通過第一二極管dq1和第一濾波電容c1進行續(xù)流，開關(guān)管q1漏源兩端的電壓為0，此時使開關(guān)管q1的驅(qū)動電壓變?yōu)楦唠娖?，開關(guān)管q1實現(xiàn)零電壓開通；

(3)、檢測輸出電壓是否變化，當(dāng)電路輸出電壓不穩(wěn)定時，通過pfm控制穩(wěn)定輸出電壓，若輸出電壓變大，控制驅(qū)動電路3增加開關(guān)頻率；若輸出電壓減小，控制驅(qū)動電路3減小開關(guān)頻率，從而穩(wěn)定電路的輸出電壓。

(4)、判斷電路是否停止工作，若給出停止工作信號，則電路停止運行；若未給出停止工作信號，則重新檢測輸出電壓，重復(fù)上述步驟，實現(xiàn)變換器的控制，同時使開關(guān)管q1實現(xiàn)零電壓開通。

本實施例所述單管雙端逆變隔離型dc-dc升壓變換器的工作過程包括以下階段：

t0-t1時段：在t0時刻，開關(guān)管q1的驅(qū)動電壓ugs變?yōu)楦唠娖剑藭r原邊線圈電感l(wèi)p的電流為負，開關(guān)管q1不導(dǎo)通，原邊線圈電感l(wèi)p通過第一二極管dq1和第一濾波電容c1續(xù)流，開關(guān)管q1漏源兩端的電壓為0，到t1時刻，原邊線圈電感l(wèi)p的電流變?yōu)?，開關(guān)管q1導(dǎo)通，開關(guān)管q1實現(xiàn)零電壓開通；

t1-t2時段：輸入電壓為原邊線圈電感l(wèi)p充電，原邊線圈電感l(wèi)p的電流逐漸增加，到t2時刻，開關(guān)管q1的驅(qū)動電壓ugs變?yōu)榈碗娖?，開關(guān)管q1關(guān)斷；

t2-t3時段：諧振電容cp為原邊線圈電感l(wèi)p充電，原邊線圈電感l(wèi)p的電流繼續(xù)增加，到t3時刻，諧振電容cp的電壓降為0，原邊線圈電感l(wèi)p的電流增加到最大；

t3-t4時段：原邊線圈電感l(wèi)p反向為諧振電容cp充電，諧振電容cp的電壓反向增大，到t4時刻，原邊線圈電感l(wèi)p的電流下降為0，諧振電容cp的電壓反向增加到最大；

t4-t5時段：諧振電容cp為原邊線圈電感l(wèi)p反向充電，到t5時刻，諧振電容cp的電壓變?yōu)?，原邊線圈電感l(wèi)p的電流反向增加到最大；

t5-t6時段：原邊線圈電感l(wèi)p為諧振電容cp反向充電，諧振電容cp的電壓逐漸增加，到t6時刻，諧振電容cp的電壓增加到與第一濾波電容c1的電壓相等，開關(guān)管q1漏源兩端的電壓為0；

t6-t7時段：原邊線圈電感l(wèi)p通過第一二極管dq1和第一濾波電容c1續(xù)流，開關(guān)管q1漏源兩端的電壓為0，到t7時刻，開關(guān)管q1的驅(qū)動電壓ugs變?yōu)楦唠娖?，此時原邊線圈電感l(wèi)p的電流為負，開關(guān)管q1不導(dǎo)通。