[發明專利]一種零電壓開關反激變換器及其控制方法

有效

• 申請號: 201410617738.2
• 申請日: 2014-11-05
• 公開（公告）號: CN104362856A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發明（設計）人: 陳武;吳小剛;劉斌;吳鴻亮
• 申請（專利權）人: 無錫中匯汽車電子科技有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 無錫華源專利事務所(普通合伙) 32228
• 代理人: 林弘毅;聶漢欽

技術領域

本發明涉及直流變換器領域，特別涉及一種可應用于DC/DC升降壓功率變換場合的，可實現反激變換器零電壓開關的電路及其控制方法。

背景技術

隨著經濟的發展和科技的進步，汽車已經成為人們出行和運輸必不可少的交通工具。然而，隨著汽車數量的不斷增加，一些問題也逐漸顯現出來。首先，石油危機問題引起了人們的擔憂。截止到2011年年底，全世界已探明石油儲量為2314.2億噸，目前全世界每年石油消耗量為40.88億噸，其中超過三分之一的石油都被汽車所消耗。以這個速度計算，54年后我們將面臨無油可用的危機。另外，環境污染問題也逐漸被人們所關注。隨著汽車數量的逐漸增多，汽車尾氣造成的空氣污染問題也愈發嚴重。經環境保護組織檢測，目前城市空氣中60％以上的污染物來自汽車尾氣。出于應對石油危機、緩解空氣污染、搶占電動汽車市場等目的，自上世紀90年代以來，各國政府和各大汽車廠商紛紛投入大量人力物力來推動電動汽車的推廣和研發。

目前，制約電動汽車發展的瓶頸在于電動汽車動力蓄電池技術。電動汽車不僅節能、環保而且使用成本低、噪聲小，市場前景廣闊。但是，由于受到續航里程短、充電不方便、電池使用壽命短等因素的制約，影響了電動汽車推廣普及的速度。在目前電動汽車動力蓄電池技術沒有獲得突破性進展的情況下，我們只能努力改善電動汽車電氣系統的控制策略和性能，提高電動汽車電源變換器的效率，研發新型便捷的充電裝置，使電動汽車能夠方便地進行充電,提高電能使用效率，減少充電次數，延長蓄電池的使用壽命。

發明內容

本發明提出一種零電壓開關反激變換器及其控制方法，該變換器能夠實現開關管的零電壓導通和近似零電壓關斷，軟開關減小開關損耗，提升變換器的效率，適合應用于電動汽車領域。

本發明的技術方案如下：

一種零電壓開關反激變換器，連接直流輸入電源和負載，包括開關管、保護二極管、諧振單元、整流二極管、隔離變壓器以及濾波電容；所述諧振單元由諧振電容和隔離變壓器的激磁電感組成，諧振電容并聯在隔離變壓器的原邊，諧振單元與開關管串聯，保護二極管反相并聯在開關管的集電極和發射極之間；所述直流輸入電源一端接在諧振單元一側，另一端接在開關管一側；所述隔離變壓器的副邊接整流二極管和濾波電容，構成一個回路。

一種零電壓開關反激變換器的控制方法，包括以下步驟：

1)開關管開通，諧振電容兩端電壓v_Cr＝V_in，此時隔離變壓器副邊的整流二極管承受反壓，能量不會傳到副邊，輸入電壓加在激磁電感兩端，向激磁電感儲能，i_Lr從0線性增加，負載電流由濾波電容提供；

2)開關管關斷，此后激磁電感與諧振電容發生并聯諧振，即諧振電容向激磁電感放電，v_Cr從V_in開始下降，i_Lr諧振增加，當v_Cr下降為零時，i_Lr諧振增加到其最大值；此后激磁電感對諧振電容反向充電，v_Cr從零負向增加，i_Lr開始諧振下降；整個模態持續到v_Cr＝-V_o/n，且整個模態中負載電流依然由濾波電容提供；能量在激磁電感與諧振電容之間進行傳遞，但激磁電感與諧振電容上的總能量是不變的；

3)當v_Cr＝-V_o/n，隔離變壓器副邊的整流二極管導通，隔離變壓器副邊電流流過整流二極管給濾波電容充電，并提供負載電流，在此過程中v_Cr保持不變，i_Lr線性下降，直到i_Lr＝0，此開關模態結束；

4)當i_Lr下降到零，整流二極管自然關斷，此后激磁電感與諧振電容發生并聯諧振，即諧振電容向激磁電感放電，v_Cr從-V_o/n開始正向上升，i_Lr從零開始負向諧振增加；當諧振電容電壓諧振到0，i_Lr達到反向最大值，此后激磁電感向諧振電容放電，i_Lr和v_Cr都正向上升；直到v_Cr＝V_in此開關模態結束；在這段時間內，激磁電感和諧振電容上的總能量保持不變；