LLC諧振的高變比大功率雙向DCDC變換器制造技術(shù)

目的在于克服傳統(tǒng)LLC只能單向流動能量的局限，公開一種LLC諧振的高變比大功率雙向DCDC變換器。包括變換器原邊側(cè)電路、變換器副邊側(cè)電路，兩者通過變壓器連接，所述變壓器匝比為1：N，在變換器兩側(cè)電路中還設(shè)有諧振電路，變換器原邊側(cè)電路為全橋結(jié)構(gòu)，為低壓端，包括S1、S2、S3、S4四個開關(guān)管，S1、S2兩個開關(guān)管之間的橋臂連接線上設(shè)有中點A，S3、S4兩個開關(guān)管之間的橋臂連接線上設(shè)有中點B；變換器副邊側(cè)電路為全橋結(jié)構(gòu)，為高壓端，包括S5、S6、S7、S8四個開關(guān)管，S5、S6兩個開關(guān)管之間的橋臂連接線上設(shè)有中點C，S7、S8兩個開關(guān)管之間的橋臂連接線上設(shè)有中點D。

LLC resonant high ratio large power bidirectional DCDC converter

The aim is to overcome the limitation that conventional LLC can only flow energy in one direction, and a LLC resonant high ratio and high power bidirectional DCDC converter is disclosed. Including the transformer primary side converter circuit, the secondary side circuit, the transformer is connected, the transformer turns ratio is 1:N, on both sides of the converter circuit is also provided with a resonant circuit, a primary side of the converter circuit for full bridge structure, for the low end, including S1, S2, S3, S4 four the switch connecting line S1, S2 between the two switches of the bridge arm is provided with a point A, S3, S4 connecting line between the two switches of the bridge arm is provided with a midpoint B converter; the secondary side circuit for full bridge structure, for the high end, including S5, S6, S7, S8 four switches S5, S6, connecting line between the two switches of the bridge arm is provided with a point C, S7, S8 connecting line between the two switches of the bridge arm is provided with a point D.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
LLC諧振的高變比大功率雙向DCDC變換器
本技術(shù)屬于電力電子
，具體為一種大功率DCDC變換器裝置。
技術(shù)介紹
為了節(jié)約能源，近年來許多研究在關(guān)注合理，高效利用能源?，F(xiàn)代電力電子技術(shù)得到了飛快發(fā)展。雙向DC/DC變換技術(shù)在許多場合都在發(fā)揮重要作用，是今年來研究的熱點。很多DC/DC變換器拓撲被提出，其中隔離型雙向DC/DC主要用于輸入輸出需要隔離，實現(xiàn)較高電壓變比的場合。移相全橋DC/DC變換器利用原副邊之間的移相角傳遞能量，較易實現(xiàn)軟開關(guān)，且開關(guān)管的電壓、電流應(yīng)力較小，適合應(yīng)用于大功率場合。但其存在軟開關(guān)范圍窄、關(guān)斷電流大、循環(huán)能量大等問題，從而影響了變換器整體效率。最接近現(xiàn)有技術(shù)，傳統(tǒng)LLC只能用來實現(xiàn)單向功率流動。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本技術(shù)目的在于克服傳統(tǒng)LLC只能單向流動能量的局限，公開一種新型雙向LLC拓撲來實現(xiàn)功率的雙向流動。該拓撲中設(shè)有輔助電感，在正向和反向運行時，變換器的拓撲結(jié)構(gòu)相同，運行原理也完全對稱。本技術(shù)技術(shù)方案表征為：一種大功率雙向DCDC變換器，其特征在于，包括變換器原邊側(cè)電路、變換器副邊側(cè)電路，兩者通過變壓器連接，所述變壓器匝比為1：N，在所述的變換器兩側(cè)電路中還設(shè)有諧振電路，所述變換器原邊側(cè)電路為全橋結(jié)構(gòu)，為低壓端，包括S1、S2、S3、S4四個開關(guān)管，S1、S2兩個開關(guān)管之間的橋臂連接線上設(shè)有中點A，S3、S4兩個開關(guān)管之間的橋臂連接線上設(shè)有中點B；所述變換器副邊側(cè)電路為全橋結(jié)構(gòu)，為高壓端，包括S5、S6、S7、S8四個開關(guān)管，S5、S6兩個開關(guān)管之間的橋臂連接線上設(shè)有中點C，S7、S8兩個開關(guān)管之間的橋臂連接線上設(shè)有中點D；所述的諧振電路包括輔助電感Lm2、諧振電感Lr、勵磁電感Lm、諧振電容Cr，四者依次串接，所述輔助電感Lm2的一端連接至S1、S2兩個開關(guān)管之間的橋臂連接線上的中點A，輔助電感Lm2的另一端連接至S3、S4兩個開關(guān)管之間的橋臂連接線上的中點B；所述勵磁電感Lm與所述的變壓器的低壓側(cè)并聯(lián)；所述變壓器的高壓側(cè)的一端連接至S5、S6兩個開關(guān)管之間的橋臂連接線上的中點C，變壓器的高壓側(cè)的另一端連接至S7、S8兩個開關(guān)管之間的橋臂連接線上的中點D。進一步改進，所述在中點B和輔助電感Lm2之間增加一個功率MOSFET管Q1，功率MOSFET管Q1的腳2漏極D接輔助電感Lm2，功率MOSFET管Q1的腳3源極接中點B，功率MOSFET管Q1的腳1控制柵極連接外部的控制信號，所述諧振電容Cr接中點B。本技術(shù)為大功率DCDC變換器裝置，該LLC諧振變換器可以實現(xiàn)零電流關(guān)斷，可以徹底解決循環(huán)能量、關(guān)斷損耗等問題，不僅可以實現(xiàn)零電壓開通，零電流關(guān)斷，具有較高的效率，還可以通過調(diào)整變壓器匝比實現(xiàn)升壓或者降壓。本技術(shù)在傳輸較大功率時，變換器的輸入輸出增益明顯，變換器的電壓調(diào)整能力強。本技術(shù)將在新能源發(fā)電中廣泛應(yīng)用，尤其是在直流微電網(wǎng)，儲能裝置中有廣泛應(yīng)用。附圖說明圖1本技術(shù)拓撲結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為實施例3結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方式以下結(jié)合附圖和實施例對本技術(shù)作進一步介紹?；A(chǔ)實施例1本實施例拓撲中設(shè)有一個輔助電感，在正向和反向運行時，變換器的拓撲結(jié)構(gòu)相同，運行原理也完全對稱。具體拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示：一種大功率雙向DCDC變換器，其特征在于，包括變換器原邊側(cè)電路、變換器副邊側(cè)電路，兩者通過變壓器連接，所述變壓器匝比為1：N，在所述的變換器兩側(cè)電路中還設(shè)有諧振電路，所述變換器原邊側(cè)電路為全橋結(jié)構(gòu)，為低壓端，包括S1、S2、S3、S4四個開關(guān)管，S1、S2兩個開關(guān)管之間的橋臂連接線上設(shè)有中點A，S3、S4兩個開關(guān)管之間的橋臂連接線上設(shè)有中點B；所述變換器副邊側(cè)電路為全橋結(jié)構(gòu)，為高壓端，包括S5、S6、S7、S8四個開關(guān)管，S5、S6兩個開關(guān)管之間的橋臂連接線上設(shè)有中點C，S7、S8兩個開關(guān)管之間的橋臂連接線上設(shè)有中點D；所述的諧振電路包括輔助電感Lm2、諧振電感Lr、勵磁電感Lm、諧振電容Cr，四者依次串接，所述輔助電感Lm2的一端連接至S1、S2兩個開關(guān)管之間的橋臂連接線上的中點A，輔助電感Lm2的另一端連接至S3、S4兩個開關(guān)管之間的橋臂連接線上的中點B；所述勵磁電感Lm與所述的變壓器的低壓側(cè)并聯(lián)；所述變壓器的高壓側(cè)的一端連接至S5、S6兩個開關(guān)管之間的橋臂連接線上的中點C，變壓器的高壓側(cè)的另一端連接至S7、S8兩個開關(guān)管之間的橋臂連接線上的中點D?；谝陨霞夹g(shù)方案，本技術(shù)變換器，在正向工作時，低壓側(cè)作為輸入，高壓側(cè)作為輸出；反向工作時，高壓側(cè)作為輸入，低壓側(cè)作為輸出。正向工作時，因為加在Lm2上的電壓，是一個正負完全對稱的方波，因此諧振網(wǎng)絡(luò)的輔助電感Lm2不參與正向LLC諧振過程，正向過程LLC分別是Lr，Lm，Cr，高壓側(cè)開關(guān)管作為整流管。反向工作時，不同于正向工作，變壓器的勵磁電感Lm不參與LLC諧振，反向時加在變壓器勵磁電感上Lm上的是正負對稱方波電壓，可認為變壓器勵磁電感在反向工作時不參與功率傳輸，低壓側(cè)諧振腔里的Lr，Lm2，Cr完成LLC諧振。該拓撲的電壓變比：當變壓器的匝比N固定后，該拓撲的輸入輸出電壓變比通過LLC的諧振頻率變化調(diào)整諧振網(wǎng)絡(luò)的電壓變比Mac。實施例3本實施例是對在實施例1技術(shù)方案的基礎(chǔ)上展開的進一步創(chuàng)新。其思路是,在實施例1輔助電感Lm2兩端增加一個有源器件Q1，正向工作時使輔助電感Lm2不參與電路的功率傳輸，關(guān)斷開關(guān)管Q1將該磁性元件從功率回路中斷開，不為其提供電流通路。在低壓側(cè)開關(guān)網(wǎng)絡(luò)H橋第二支橋臂的中性點B和附加的反向用的輔助電感Lm2之間增加一個開關(guān)管Q1，如常用的功率MOSFET管，其連接關(guān)系如圖2所示：功率MOSFET管Q1的腳2漏極接輔助電感Lm2，功率MOSFET管Q1的腳3源極接開關(guān)網(wǎng)絡(luò)H橋第二支橋臂中性點B，功率MOSFET管Q1的腳1控制柵極連接外部的控制信號。所述諧振電容Cr接中點B。本實施例針對實施例1雙向LLC拓撲改進其結(jié)構(gòu)，提高效率，變換器可靠性，減小設(shè)備的電磁干擾。適用場景：需要隔離的DC/DC變換場景，要求能量雙向流動，變換器效率較高。新能源發(fā)電，直流微電網(wǎng)，儲能應(yīng)用。實施例1中，基于LLC的雙向DC/DC變換器拓撲中設(shè)有一個輔助電感Lm2，使得變換器正反向工作時，變換器的結(jié)構(gòu)完全對稱，實現(xiàn)了能量的雙向傳輸。但是該拓撲在任意一種工作狀態(tài)時，主功率回路有一個電感不參與功率傳輸，而該磁性元件中的環(huán)流(無功電流)很大，降低變換器的整體效率。比如正向傳輸能量時，諧振網(wǎng)絡(luò)里的輔助電感Lm2兩端的電壓是正負對稱的方波，完全不參與能量傳輸，也不參與輸入輸出電壓變比的調(diào)節(jié)，但是加在Lm2兩端的方波電壓會在該電感上產(chǎn)生一個勵磁電流，這個勵磁電流不會傳輸?shù)礁邏簜?cè)，因此是無功的電流。這個電流會從低壓側(cè)的開關(guān)管網(wǎng)絡(luò)走，即每個開關(guān)管中除了走功率電流之外，還增加了輔助電感Lm2中的無功電流，開關(guān)管的電流應(yīng)力增加很多，太大的電流應(yīng)力會增加開關(guān)管上的損耗，主要體現(xiàn)為開關(guān)損耗和導通損耗，開關(guān)管的發(fā)熱會很嚴重，容易熱失效，變換器的穩(wěn)定性大大降低。另外輔助電感Lm2上也會產(chǎn)生很大的損耗，流過電感繞組中的無功電流在繞組上會產(chǎn)生明顯的銅線損耗。同時該無功電流產(chǎn)生的磁場，漏磁在很多磁性元件的氣隙附近產(chǎn)生本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種大功率雙向DCDC變換器，其特征在于，包括變換器原邊側(cè)電路、變換器副邊側(cè)電路，兩者通過變壓器連接，所述變壓器匝比為1：N，在所述的變換器兩側(cè)電路中還設(shè)有諧振電路，所述變換器原邊側(cè)電路為全橋結(jié)構(gòu)，為低壓端，包括S1、S2、S3、S4四個開關(guān)管，S1、S2兩個開關(guān)管之間的橋臂連接線上設(shè)有中點A，S3、S4兩個開關(guān)管之間的橋臂連接線上設(shè)有中點B；所述變換器副邊側(cè)電路為全橋結(jié)構(gòu)，為高壓端，包括S5、S6、S7、S8四個開關(guān)管，S5、S6兩個開關(guān)管之間的橋臂連接線上設(shè)有中點C，S7、S8兩個開關(guān)管之間的橋臂連接線上設(shè)有中點D；所述的諧振電路包括輔助電感Lm2、諧振電感Lr、勵磁電感Lm、諧振電容Cr，四者依次串接，所述輔助電感Lm2的一端連接至S1、S2兩個開關(guān)管之間的橋臂連接線上的中點A，輔助電感Lm2的另一端連接至S3、S4兩個開關(guān)管之間的橋臂連接線上的中點B；所述勵磁電感Lm與所述的變壓器的低壓側(cè)并聯(lián)；所述變壓器的高壓側(cè)的一端連接至S5、S6兩個開關(guān)管之間的橋臂連接線上的中點C，變壓器的高壓側(cè)的另一端連接至S7、S8兩個開關(guān)管之間的橋臂連接線上的中點D。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種大功率雙向DCDC變換器，其特征在于，包括變換器原邊側(cè)電路、變換器副邊側(cè)電路，兩者通過變壓器連接，所述變壓器匝比為1：N，在所述的變換器兩側(cè)電路中還設(shè)有諧振電路，所述變換器原邊側(cè)電路為全橋結(jié)構(gòu)，為低壓端，包括S1、S2、S3、S4四個開關(guān)管，S1、S2兩個開關(guān)管之間的橋臂連接線上設(shè)有中點A，S3、S4兩個開關(guān)管之間的橋臂連接線上設(shè)有中點B；所述變換器副邊側(cè)電路為全橋結(jié)構(gòu)，為高壓端，包括S5、S6、S7、S8四個開關(guān)管，S5、S6兩個開關(guān)管之間的橋臂連接線上設(shè)有中點C，S7、S8兩個開關(guān)管之間的橋臂連接線上設(shè)有中點D；所述的諧振電路包括輔助電感Lm2、諧振電感Lr、勵磁電感Lm、諧振電容Cr，四者依次串接，所述輔助電感Lm2...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：林成棟，侯院軍，
申請(專利權(quán))人：上海大周信息科技有限公司，
類型：新型
國別省市：上海,31