本發(fā)明涉及可再生發(fā)電系統(tǒng)中的電力電子變換器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種Boost型隔離DC/DC變換器及其控制方法。

背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境污染問(wèn)題和能源緊缺問(wèn)題日益嚴(yán)重?？稍偕茉吹拈_(kāi)發(fā)利用是解決這個(gè)問(wèn)題的有效方法之一。可再生能源發(fā)電主要有風(fēng)力、光伏、水利、燃料電池等，但是，受氣候條件的影響，可再生能源具有輸出電壓范圍寬的特點(diǎn)。因此，為了能有效的利用新能源，需要一種能在寬輸入電壓范圍內(nèi)高效工作的DC/DC變換器。傳統(tǒng)的定頻控制全橋變換器，雖然控制簡(jiǎn)單且能實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)，但輸入電壓范圍寬時(shí)需要的濾波電感大，功率密度??；另一方面占空比變化范圍大，尤其在高壓輸入時(shí)效率比較低。為了適應(yīng)寬輸入的特點(diǎn)，又有一系列的變換器拓?fù)浼捌溲苌Y(jié)構(gòu)相繼被提出。這其中多是基于輔助繞組和多電平的思想。但是這兩種方法均需增加額外的輔助元件或開(kāi)關(guān)管，提高了成本，控制復(fù)雜并且會(huì)產(chǎn)生額外的能量損耗。有些學(xué)者還提出了兩級(jí)變換器級(jí)級(jí)聯(lián)形式的拓?fù)?，這種變換器前級(jí)一般用Buck或Boost變換器，通過(guò)調(diào)節(jié)前級(jí)變換器的占空比使母線電壓保持穩(wěn)定。但是增加的前級(jí)變換器不僅增大了整體變換器的體積，Buck或Boost變換器中的開(kāi)關(guān)管是硬開(kāi)關(guān)，損耗也比較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種Boost型隔離DC/DC變換器及其控制方法，能夠保證在寬范圍的電壓輸入下實(shí)現(xiàn)高效的功率變換。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的目的之一是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。一種Boost型隔離DC/DC變換器，它是由輸入直流電壓源Vin、母線電容Cbus、第一電感L1、第二電感L2、第一開(kāi)關(guān)管S1、第二開(kāi)關(guān)管S2、第三開(kāi)關(guān)管S3、第四開(kāi)關(guān)管S4、二端口無(wú)源網(wǎng)絡(luò)N、第一輸出整流二極管Do1、第二輸出整流二極管Do2、輸出電容Co、輸出電阻Ro和理想變壓器T組成；所述理想變壓器T包括第一繞組N1、第二繞組N2和第三繞組N3；所述二端口無(wú)源網(wǎng)絡(luò)N有四個(gè)端子，分別為端子a、端子b、端子c和端子d，端子a與端子b在同一側(cè)，端子c和端子d在另一側(cè)；所述的輸入直流電壓源Vin的正極分別與第一電感L1的一端和第二電感L2的一端相連，輸入直流電壓源Vin的負(fù)極分別與第二開(kāi)關(guān)管S2的源極、第四開(kāi)關(guān)管S4的源極以及母線電容Cbus的負(fù)極相連；第一電感L1的另一端分別與第一開(kāi)關(guān)管S1的源極和第二開(kāi)關(guān)管S2的漏極相連，第二電感L2的另一端分別與第三開(kāi)關(guān)管S3的源極和第四開(kāi)關(guān)管S4的漏極相連；第一開(kāi)關(guān)管S1的漏極分別與第三開(kāi)關(guān)管S3的漏極、母線電容Cbus的正極相連；所述二端口無(wú)源網(wǎng)絡(luò)N的端子a與第一開(kāi)關(guān)管S1的源極、第二開(kāi)關(guān)管S2的漏極相連，端子b與第三開(kāi)關(guān)管S3的源極、第四開(kāi)關(guān)管S4的漏極相連，端子c與所述理想變壓器T第一繞組N1的同名端相連，端子d與所述理想變壓器T第一繞組N1的非同名端相連；第一輸出整流二極管Do1與第二輸出整流二極管Do2共陰極連接，第一輸出整流二極管Do1的陽(yáng)極連接到所述理想變壓器T第二繞組N2的同名端，第二輸出整流二極管Do2的陽(yáng)極連接到所述理想變壓器T第三繞組N3的非同名端；輸出電容Co與輸出電阻Ro并聯(lián)，它們的正極連接到第一輸出整流二極管Do1的陰極，它們的負(fù)極分別與所述理想變壓器T第二繞組N2的非同名端和第三繞組N3的同名端相連。在本發(fā)明Boost型隔離DC/DC變換器中，所述的二端口無(wú)源網(wǎng)絡(luò)N可以是移相電感L網(wǎng)絡(luò)；所述的移相電感L網(wǎng)絡(luò)包含移相電感L，移相電感L的一端與端子a相連，另一端與端子c相連，端子b與端子d直接相連。在本發(fā)明Boost型隔離DC/DC變換器中，所述的二端口無(wú)源網(wǎng)絡(luò)N還可以是LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)；所述的LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)包括諧振電感Lr和串聯(lián)諧振電容Cr，諧振電感Lr的一端連接端子a，另一端連接端子c，串聯(lián)諧振電容Cr的一端連接端子b，另一端連接端子d。在本發(fā)明Boost型隔離DC/DC變換器中，所述的的二端口無(wú)源網(wǎng)絡(luò)N還可以是LC并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)；所述的LC并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)包括諧振電感Lr和并聯(lián)諧振電容Cp，諧振電感Lr的一端連接端子a，另一端連接端子c，并聯(lián)諧振電容Cp的一端連接端子b，另一端連接端子d。在本發(fā)明Boost型隔離DC/DC變換器中，所述的的二端口無(wú)源網(wǎng)絡(luò)N還可以是LCC串并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)；所述的LCC串并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)包括諧振電感Lr、串聯(lián)諧振電容Cr和并聯(lián)諧振電容Cp，諧振電感Lr一端連接端子a，另一端連接端子c；串聯(lián)諧振電容Cr一端連接端子b，另一端連接端子d；并聯(lián)諧振電容Cp一端連接端子c，另一端連接端子d。在本發(fā)明Boost型隔離DC/DC變換器中，所述的的二端口無(wú)源網(wǎng)絡(luò)N還可以是LLC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)；所述的LLC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)包括諧振電感Lr、串聯(lián)諧振電容Cr和勵(lì)磁電感Lm，諧振電感Lr一端連接端子a，另一端連接端子c；串聯(lián)諧振電容Cr一端連接端子b，另一端連接端子d；勵(lì)磁電感Lm一端連接端子c，另一端連接端子d。本發(fā)明的另一目的是提供一種所述的Boost型隔離DC/DC變換器的控制方法：該方法內(nèi)容如下：采用定頻PWM的控制，變換器的工作頻率fs始終等于諧振頻率fr；兩個(gè)Boost電路采用交錯(cuò)并聯(lián)的控制方式，第一開(kāi)關(guān)管S1與第三開(kāi)關(guān)管S3占空比均為D，其相位差180°；第二開(kāi)關(guān)管S2與第四開(kāi)關(guān)管S4的占空比均為1-D，相位也差180°；當(dāng)占空比D≤0.5時(shí)，諧振槽電壓Vtank的占空比為D；當(dāng)D>0.5時(shí)，諧振槽電壓Vtank的占空比為1-D；輸入電壓Vin在比較寬的范圍內(nèi)變化時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)第一開(kāi)關(guān)管S1與第三開(kāi)關(guān)管S3的占空比D，改變變換器整體增益。由于采用上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明Boost型隔離DC/DC變換器及其控制方法具有以下有益效果：1本發(fā)明在比較小的占空比調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，就可實(shí)現(xiàn)寬的電壓增益范圍，輸入電壓范圍寬；2兩個(gè)Boost電感交錯(cuò)并聯(lián)，顯著降低了輸入電流的紋波和濾波電容值。這種電流型且輸入紋波小的DC/DC變換器尤其適合與光伏、燃料電池等可再生能源供電系統(tǒng)相連；3采用定頻PWM控制，有利于磁性元器件和濾波電路設(shè)計(jì)；4原邊所有功率開(kāi)關(guān)管均可以實(shí)現(xiàn)ZVS開(kāi)通，副邊的輸出整流二極管均可實(shí)現(xiàn)ZCS關(guān)斷，開(kāi)關(guān)損耗小；5經(jīng)過(guò)Boost變換器后母線電壓比較高，在相同功率條件下，降低了原邊電流有效值，減小了導(dǎo)通損耗。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明Boost型隔離DC/DC變換器的電氣原理圖；圖2為本發(fā)明Boost型隔離DC/DC變換器的PWM調(diào)制方式圖；圖3為本發(fā)明Boost型隔離DC/DC變換器的實(shí)施例1電路圖；圖4為本發(fā)明Boost型隔離DC/DC變換器的實(shí)施例2電路圖；圖5為本發(fā)明Boost型隔離DC/DC變換器的實(shí)施例3電路圖；圖6為本發(fā)明Boost型隔離DC/DC變換器的實(shí)施例4電路圖；圖7為本發(fā)明Boost型隔離DC/DC變換器的實(shí)施例5電路圖；圖8為本發(fā)明Boost型隔離DC/DC變換器的實(shí)施例2在占空比D<0.5時(shí)的主要工作波形圖；圖9為本發(fā)明Boost型隔離DC/DC變換器的實(shí)施例2在D<0.5時(shí)的各階段等效電路圖。圖中符號(hào)含義：Vin是輸入直流電壓源，Vbus是母線電壓，Vtank是諧振槽輸入電壓，D是第一開(kāi)關(guān)管S1和第三開(kāi)關(guān)管S3的占空比，Ts是開(kāi)關(guān)周期，Cbus是母線電容，L1、L2分別是第一電感和第二電感，N為二端口無(wú)源網(wǎng)絡(luò)，a、b、c、d是二端口無(wú)源網(wǎng)絡(luò)的四個(gè)端子，S1～S4是第一至第四開(kāi)關(guān)管，Lr是諧振電感，Cr是串聯(lián)諧振電容，Cp是并聯(lián)諧振電容，Lm是勵(lì)磁電感，IL1、IL2分別是第一電感L1、第二電感L2的電流，ILr是諧振電流，T是理想變壓器，N1、N2、N3分別是理想變壓器T的第一、第二、第三繞組，Do1、Do2分別是第一輸出整流二極管和第二輸出整流二極管，IDo1、IDo2分別流過(guò)Do1、Do2的電流，Co是輸出濾波電容，Ro是輸出電阻，Vo為輸出電壓，t0～t6為時(shí)間。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：一種Boost型隔離DC/DC變換器，其電氣原理圖如圖1所示，其由輸入直流電壓源Vin、母線電容Cbus、第一電感L1、第二電感L2、第一開(kāi)關(guān)管S1、第二開(kāi)關(guān)管S2、第三開(kāi)關(guān)管S3、第四開(kāi)關(guān)管S4、二端口無(wú)源網(wǎng)絡(luò)N、第一輸出整流二極管Do1、第二輸出整流二極管Do2、輸出電容Co、輸出電阻Ro和理想變壓器T組成；所述理想變壓器T包括第一繞組N1、第二繞組N2和第三繞組N3；所述二端口無(wú)源網(wǎng)絡(luò)N有四個(gè)端子，分別為端子a、端子b、端子c和端子d，端子a與端子b在同一側(cè)，端子c和端子d在另一側(cè)；所述的輸入直流電壓源Vin的正極分別與第一電感L1的一端和第二電感L2的一端相連，輸入直流電壓源Vin的負(fù)極分別與第二開(kāi)關(guān)管S2的源極、第四開(kāi)關(guān)管S4的源極以及母線電容Cbus的負(fù)極相連；第一電感L1的另一端分別與第一開(kāi)關(guān)管S1的源極和第二開(kāi)關(guān)管S2的漏極相連，第二電感L2的另一端分別與第三開(kāi)關(guān)管S3的源極和第四開(kāi)關(guān)管S4的漏極相連；第一開(kāi)關(guān)管S1的漏極分別與第三開(kāi)關(guān)管S3的漏極、母線電容Cbus的正極相連；所述二端口無(wú)源網(wǎng)絡(luò)N的端子a與第一開(kāi)關(guān)管S1的源極、第二開(kāi)關(guān)管S2的漏極相連，端子b與第三開(kāi)關(guān)管S3的源極、第四開(kāi)關(guān)管S4的漏極相連，端子c與所述理想變壓器T第一繞組N1的同名端相連，端子d與所述理想變壓器T第一繞組N1的非同名端相連；第一輸出整流二極管Do1與第二輸出整流二極管Do2共陰極連接，第一輸出整流二極管Do1的陽(yáng)極連接到所述理想變壓器T第二繞組N2的同名端，第二輸出整流二極管Do2的陽(yáng)極連接到所述理想變壓器T第三繞組N3的非同名端；輸出電容Co與輸出電阻Ro并聯(lián)，它們的正極連接到第一輸出整流二極管Do1的陰極，它們的負(fù)極分別與所述理想變壓器T第二繞組N2的非同名端和第三繞組N3的同名端相連。本發(fā)明所述的Boost型隔離DC/DC變換器的控制方法：如圖2所示，采用定頻PWM的控制，變換器的工作頻率fs始終等于諧振頻率fr；兩個(gè)Boost電路采用交錯(cuò)并聯(lián)的控制方式，第一開(kāi)關(guān)管S1與第三開(kāi)關(guān)管S3占空比均為D，其相位差180°；第二開(kāi)關(guān)管S2與第四開(kāi)關(guān)管S4的占空比均為1-D，相位也差180°；當(dāng)占空比D≤0.5時(shí)，諧振槽電壓Vtank的占空比為D，如圖2(a)所示；當(dāng)D>0.5時(shí)，諧振槽電壓Vtank的占空比為1-D，如圖2(b所示；輸入電壓Vin在比較寬的范圍內(nèi)變化時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)第一開(kāi)關(guān)管S1、第三開(kāi)關(guān)管S3的占空比D，改變變換器整體增益。本發(fā)明Boost型隔離DC/DC變換器的實(shí)施例1如圖3所示，其包含的二端口無(wú)源網(wǎng)絡(luò)N是移相電感L網(wǎng)絡(luò)；所述的移相電感L網(wǎng)絡(luò)包含移相電感L，移相電感L的一端與端子a相連，另一端與端子c相連，端子b與端子d直接相連。本發(fā)明Boost型隔離DC/DC變換器的實(shí)施例2如圖4所示，其包含的二端口無(wú)源網(wǎng)絡(luò)N是LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)；所述的LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)包括諧振電感Lr和串聯(lián)諧振電容Cr，諧振電感Lr的一端連接端子a，另一端連接端子c，串聯(lián)諧振電容Cr的一端連接端子b，另一端連接端子d。本發(fā)明Boost型隔離DC/DC變換器的實(shí)施例3如圖5所示，其包含的二端口無(wú)源網(wǎng)絡(luò)N是LC并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)；所述的LC并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)包括諧振電感Lr和并聯(lián)諧振電容Cp，諧振電感Lr的一端連接端子a，另一端連接端子c，并聯(lián)諧振電容Cp的一端連接端子c，端子b與端子d直接相連。本發(fā)明Boost型隔離DC/DC變換器的實(shí)施例4如圖6所示，其包含的二端口無(wú)源網(wǎng)絡(luò)N是LCC諧振網(wǎng)絡(luò)；所述的LCC諧振網(wǎng)絡(luò)包括諧振電感Lr、串聯(lián)諧振電容Cr和并聯(lián)諧振電容Cp，諧振電感Lr一端連接端子a，另一端連接端子c；串聯(lián)諧振電容Cr一端連接端子b，另一端連接端子d；并聯(lián)諧振電容Cp一端連接端子c，另一端連接端子d。本發(fā)明Boost型隔離DC/DC變換器的實(shí)施例5如圖7所示，其包含的二端口無(wú)源網(wǎng)絡(luò)N是LLC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)；所述的LLC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)包括諧振電感Lr、串聯(lián)諧振電容Cr和勵(lì)磁電感Lm，諧振電感Lr一端連接端子a，另一端連接端子c；串聯(lián)諧振電容Cr一端連接端子b，另一端連接端子d；勵(lì)磁電感Lm一端連接端子c，另一端連接端子d。下面對(duì)本發(fā)明Boost型隔離DC/DC變換器的實(shí)施例2工作原理做進(jìn)一步的說(shuō)明。在分析之前，先作如下假設(shè)：①所有功率開(kāi)關(guān)管均為理想器件，不考慮開(kāi)關(guān)時(shí)間、導(dǎo)通壓降等參數(shù)；②所有電感和電容均為理想器件，不考慮其寄生參數(shù)。圖8為本發(fā)明Boost型隔離DC/DC變換器的實(shí)施例2在占空比D<0.5時(shí)的主要工作波形。在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期Ts內(nèi)，變換器共有六種工作模態(tài)。1、開(kāi)關(guān)模態(tài)I（t0～t1）：如圖9(a)所示，在t0時(shí)刻之前，第四開(kāi)關(guān)管S4已導(dǎo)通，t0時(shí)刻，第一開(kāi)關(guān)管S1導(dǎo)通。t0～t1這一時(shí)段內(nèi)，諧振槽電壓Vtank等于母線電壓Vbus，變壓器N1繞組電壓受輸出電壓箝位，諧振電感Lr和諧振電容Cr進(jìn)行諧振，諧振電流iLr上升，原邊向副邊傳遞能量，第一輸出整流二極管Do1導(dǎo)通。與此同時(shí)，第一電感L1放電、第二電感L2充電，電流iL1線性下降、iL2線性上升。2、開(kāi)關(guān)模態(tài)II(t1～t2)：如圖9(b)所示，t1時(shí)刻第二開(kāi)關(guān)管S2ZVS開(kāi)通。第一輸出整流二極管Do1繼續(xù)導(dǎo)通，但是由于諧振槽電壓Vtank=0，輸入電壓源不提供能量，原邊向副邊傳輸?shù)哪芰客耆蒐r、Cr諧振網(wǎng)絡(luò)提供，所以iLr迅速下降。由于第二開(kāi)關(guān)管S2、第四開(kāi)關(guān)管S4導(dǎo)通，第一電感L1和第二電感L2均充電，電流iL1、iL2線性上升。3、開(kāi)關(guān)模態(tài)III（t2～t3）：如圖9(c)所示，t2時(shí)刻，iLr下降到零，第一輸出整流二極管Do1實(shí)現(xiàn)ZCS關(guān)斷。此階段內(nèi)，Lr、Cr不諧振。第一電感L1和第二電感L2均充電，電流iL1、iL2線性上升。第一輸出整流二極管Do1和第二輸出整流二極管Do2均處于反向截止?fàn)顟B(tài)，原邊不再向副邊輸出能量，由輸出電容Co向負(fù)載供電。4、開(kāi)關(guān)模態(tài)IV（t3～t4）：如圖9(d)所示，t3時(shí)刻，第三開(kāi)關(guān)管S3導(dǎo)通。t3～t4這一時(shí)段內(nèi)，諧振槽電壓Vtank等于負(fù)母線電壓-Vbus，理想變壓器T的第一繞組N1電壓受輸出電壓箝位，諧振電感Lr和諧振電容Cr開(kāi)始諧振，諧振電流從iLr從0開(kāi)始下降，原邊向副邊傳遞能量，第二輸出整流二極管Do2導(dǎo)通。與此同時(shí)，第一電感L1繼續(xù)充電、電流iL1線性上升，第二電感L2開(kāi)始放電、電流iL2線性下降。5、開(kāi)關(guān)模態(tài)V(t4～t5)：如圖9(e)所示，t4時(shí)刻，第四開(kāi)關(guān)管S4ZVS開(kāi)通。第二輸出整流二極管Do2繼續(xù)導(dǎo)通，但是由于諧振槽電壓Vtank=0，輸入直流電壓源Vin不提供能量，原邊向副邊傳輸?shù)哪芰客耆蒐r、Cr諧振網(wǎng)絡(luò)提供，所以iLr迅速上升。由于第二開(kāi)關(guān)管S2、第四開(kāi)關(guān)管S4導(dǎo)通，第一電感L1和第二電感L2均充電，電流iL1、iL2線性上升。6、開(kāi)關(guān)模態(tài)VI（t5～t6）：如圖9(f)所示，t5時(shí)刻，iLr上升到零，第二輸出整流二極管Do2實(shí)現(xiàn)ZCS關(guān)斷。此階段內(nèi)，諧振電感Lr和諧振電容Cr不進(jìn)行諧振。第一電感L1和第二電感L2均充電，電流iL1和iL2均線性上升。第一輸出整流二極管Do1和第二輸出整流二極管Do2均反向截止，原邊不再向副邊輸出能量，由輸出電容Co向負(fù)載供電。