[發明專利]一種消除高升壓DC-DC 變流器右半平面零點的主電路結構及其參數的確定方法

有效

• 申請號: 201310329981.X
• 申請日: 2013-07-31
• 公開（公告）號: CN103401416A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 張巖;劉進軍
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H02M3/00
• 分類號: H02M3/00;H02M1/32
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 蔡和平

技術領域

本發明屬于新能源領域，具體涉及一種消除高升壓DC-DC變流器右半平面零點的主電路結構及其參數的確定方法。

背景技術

出于環境和經濟可持續發展的需求，太陽能，燃料電池等綠色新能源具有廣闊的應用前景。例如以光伏電池板構成的分布式發電系統，燃料電池供電的電動汽車驅動系統以及UPS等分布式電源系統獲得迅猛的發展。然而，在新能源應用中，太陽能、燃料電池等具有明顯的特點就是直流電源供電電壓低，電壓寬范圍變化且跌落明顯。上述應用對現有的電力電子變流器提出了新的更加嚴格的要求：寬范圍電壓調節能力，高效率，低成本等。因此，適用于新能源的高升壓電力電子變流器拓撲及其控制方法成為國內外學者研究的熱點。

開關電容網絡提供了一種簡單有效的高升壓變流器實現方案并取得廣泛應用。在變流器中，電容可以看作穩定的電壓源，通過不同的開關狀態實現電容的串聯放電和并聯充電，從而獲得較高的電壓傳輸比。如圖1所示，圖1給出了由二極管電容網絡構成的一種典型高升壓DC-DC變流器。這里簡稱為“二極管輔助的升壓DC-DC變流器”。

相比于傳統的升壓（Boost）DC-DC變流器，二極管輔助的升壓DC-DC變流器在寬范圍電壓調節應用中表現出明顯的優勢：

1.獲得更高的電壓傳輸比，同時避免的極端開關占空比；

2.減小開關器件IGBT（S）和二極管（D₁，D₂）的電壓應力，從而有助于減小開關器件損耗和器件成本；

3.減小無源原件電容的耐壓和電感的電感量，從而有助于減小無源元件的尺寸和成本；

因此，二極管輔助DC-DC變流器提供了一種寬范圍電壓調節，高效率，高功率密度的功率變換解決方案。

和傳統的升壓型變流器類似，二極管輔助升壓DC-DC變流器控制到輸出電壓傳遞函數中含有右半平面零點，具有明顯的非最小相位系統特性。系統中右半平面零點會降低電壓閉環帶寬，導致動態響應性能惡化甚至系統的不穩定。對于傳統的升壓型DC-DC變流器，現有文獻“J.Calvente,L.Martinez-Salamero,H.Valderrama?and?E.Vidal-Idiarte‘Using?magnetic?coupling?to?eliminate?right?half-plane?zeros?in?boost?converters’,IEEE?Power?Electron?Lett.,vol.2,no.2,pp.58-62,June.2004.”、“J.Calvente,L.Martinez-Salamero,P.Garces?and?A.Romero,“Zero?dynamics-based?design?of?damping?networks?for?switching?converters”,IEEE?Trans.Aerosp.Electron.Syst.,vol.39,no.4,pp.1292-1303,Oct.2003.”以及“Rajeev?Singh?and?Santanu?Mishra“A?Magnetically?Coupled?Feedback-Clamped?Optimal?Bi-directional?Battery?Charger”,IEEE?Trans.On?Ind.Electronics,vol.60,no.2,pp.422-432,Feb.2013.”給出了多種右半平面零點影響抑制和消除方法。然而，由于主電路結構的不同，這些方法均不適于直接用于二極管輔助的升壓DC—DC變流器。對于含有二極管電容網絡的高升壓DC-DC變流器控制到輸出傳遞函數右半平面零點解決方法，現有相關文獻尚沒有涉及。

發明內容

本發明的目的在于針對于上述二極管輔助的DC-DC變流器存在非最小相位系統特性的缺陷和不足，提出一種消除高升壓DC-DC變流器右半平面零點的主電路結構及其設計方法，該主電路結構通過改變控制到輸出電壓的傳遞函數，從而消除右半平面零點，提高了閉環帶寬，加快輸出電壓動態響應，獲得優越的系統穩態和動態性能。

為達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種消除高升壓DC-DC變流器右半平面零點的主電路結構，包括含有二極管電容網絡的高升壓DC-DC變流器主電路結構，在主電路結構上的穩壓電容兩端分別并聯RC阻尼電路。

一種消除高升壓DC-DC變流器右半平面零點主電路結構參數的確定方法，其特征在于：

在含有二極管電容網絡的高升壓DC-DC變流器主電路結構上的穩壓電容兩端分別并聯RC阻尼電路；其中，