LLC谐振的高变比大功率双向DCDC变换器制造技术

目的在于克服传统LLC只能单向流动能量的局限，公开一种LLC谐振的高变比大功率双向DCDC变换器。包括变换器原边侧电路、变换器副边侧电路，两者通过变压器连接，所述变压器匝比为1：N，在变换器两侧电路中还设有谐振电路，变换器原边侧电路为全桥结构，为低压端，包括S1、S2、S3、S4四个开关管，S1、S2两个开关管之间的桥臂连接线上设有中点A，S3、S4两个开关管之间的桥臂连接线上设有中点B；变换器副边侧电路为全桥结构，为高压端，包括S5、S6、S7、S8四个开关管，S5、S6两个开关管之间的桥臂连接线上设有中点C，S7、S8两个开关管之间的桥臂连接线上设有中点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.

【技术实现步骤摘要】
LLC谐振的高变比大功率双向DCDC变换器
本技术属于电力电子
，具体为一种大功率DCDC变换器装置。
技术介绍
为了节约能源，近年来许多研究在关注合理，高效利用能源。现代电力电子技术得到了飞快发展。双向DC/DC变换技术在许多场合都在发挥重要作用，是今年来研究的热点。很多DC/DC变换器拓扑被提出，其中隔离型双向DC/DC主要用于输入输出需要隔离，实现较高电压变比的场合。移相全桥DC/DC变换器利用原副边之间的移相角传递能量，较易实现软开关，且开关管的电压、电流应力较小，适合应用于大功率场合。但其存在软开关范围窄、关断电流大、循环能量大等问题，从而影响了变换器整体效率。最接近现有技术，传统LLC只能用来实现单向功率流动。
技术实现思路
本技术目的在于克服传统LLC只能单向流动能量的局限，公开一种新型双向LLC拓扑来实现功率的双向流动。该拓扑中设有辅助电感，在正向和反向运行时，变换器的拓扑结构相同，运行原理也完全对称。本技术技术方案表征为：一种大功率双向DCDC变换器，其特征在于，包括变换器原边侧电路、变换器副边侧电路，两者通过变压器连接，所述变压器匝比为1：N，在所述的变换器两侧电路中还设有谐振电路，所述变换器原边侧电路为全桥结构，为低压端，包括S1、S2、S3、S4四个开关管，S1、S2两个开关管之间的桥臂连接线上设有中点A，S3、S4两个开关管之间的桥臂连接线上设有中点B；所述变换器副边侧电路为全桥结构，为高压端，包括S5、S6、S7、S8四个开关管，S5、S6两个开关管之间的桥臂连接线上设有中点C，S7、S8两个开关管之间的桥臂连接线上设有中点D；所述的谐振电路包括辅助电感Lm2、谐振电感Lr、励磁电感Lm、谐振电容Cr，四者依次串接，所述辅助电感Lm2的一端连接至S1、S2两个开关管之间的桥臂连接线上的中点A，辅助电感Lm2的另一端连接至S3、S4两个开关管之间的桥臂连接线上的中点B；所述励磁电感Lm与所述的变压器的低压侧并联；所述变压器的高压侧的一端连接至S5、S6两个开关管之间的桥臂连接线上的中点C，变压器的高压侧的另一端连接至S7、S8两个开关管之间的桥臂连接线上的中点D。进一步改进，所述在中点B和辅助电感Lm2之间增加一个功率MOSFET管Q1，功率MOSFET管Q1的脚2漏极D接辅助电感Lm2，功率MOSFET管Q1的脚3源极接中点B，功率MOSFET管Q1的脚1控制栅极连接外部的控制信号，所述谐振电容Cr接中点B。本技术为大功率DCDC变换器装置，该LLC谐振变换器可以实现零电流关断，可以彻底解决循环能量、关断损耗等问题，不仅可以实现零电压开通，零电流关断，具有较高的效率，还可以通过调整变压器匝比实现升压或者降压。本技术在传输较大功率时，变换器的输入输出增益明显，变换器的电压调整能力强。本技术将在新能源发电中广泛应用，尤其是在直流微电网，储能装置中有广泛应用。附图说明图1本技术拓扑结构示意图。图2为实施例3结构示意图。具体实施方式以下结合附图和实施例对本技术作进一步介绍。基础实施例1本实施例拓扑中设有一个辅助电感，在正向和反向运行时，变换器的拓扑结构相同，运行原理也完全对称。具体拓扑结构如图1所示：一种大功率双向DCDC变换器，其特征在于，包括变换器原边侧电路、变换器副边侧电路，两者通过变压器连接，所述变压器匝比为1：N，在所述的变换器两侧电路中还设有谐振电路，所述变换器原边侧电路为全桥结构，为低压端，包括S1、S2、S3、S4四个开关管，S1、S2两个开关管之间的桥臂连接线上设有中点A，S3、S4两个开关管之间的桥臂连接线上设有中点B；所述变换器副边侧电路为全桥结构，为高压端，包括S5、S6、S7、S8四个开关管，S5、S6两个开关管之间的桥臂连接线上设有中点C，S7、S8两个开关管之间的桥臂连接线上设有中点D；所述的谐振电路包括辅助电感Lm2、谐振电感Lr、励磁电感Lm、谐振电容Cr，四者依次串接，所述辅助电感Lm2的一端连接至S1、S2两个开关管之间的桥臂连接线上的中点A，辅助电感Lm2的另一端连接至S3、S4两个开关管之间的桥臂连接线上的中点B；所述励磁电感Lm与所述的变压器的低压侧并联；所述变压器的高压侧的一端连接至S5、S6两个开关管之间的桥臂连接线上的中点C，变压器的高压侧的另一端连接至S7、S8两个开关管之间的桥臂连接线上的中点D。基于以上技术方案，本技术变换器，在正向工作时，低压侧作为输入，高压侧作为输出；反向工作时，高压侧作为输入，低压侧作为输出。正向工作时，因为加在Lm2上的电压，是一个正负完全对称的方波，因此谐振网络的辅助电感Lm2不参与正向LLC谐振过程，正向过程LLC分别是Lr，Lm，Cr，高压侧开关管作为整流管。反向工作时，不同于正向工作，变压器的励磁电感Lm不参与LLC谐振，反向时加在变压器励磁电感上Lm上的是正负对称方波电压，可认为变压器励磁电感在反向工作时不参与功率传输，低压侧谐振腔里的Lr，Lm2，Cr完成LLC谐振。该拓扑的电压变比：当变压器的匝比N固定后，该拓扑的输入输出电压变比通过LLC的谐振频率变化调整谐振网络的电压变比Mac。实施例3本实施例是对在实施例1技术方案的基础上展开的进一步创新。其思路是,在实施例1辅助电感Lm2两端增加一个有源器件Q1，正向工作时使辅助电感Lm2不参与电路的功率传输，关断开关管Q1将该磁性元件从功率回路中断开，不为其提供电流通路。在低压侧开关网络H桥第二支桥臂的中性点B和附加的反向用的辅助电感Lm2之间增加一个开关管Q1，如常用的功率MOSFET管，其连接关系如图2所示：功率MOSFET管Q1的脚2漏极接辅助电感Lm2，功率MOSFET管Q1的脚3源极接开关网络H桥第二支桥臂中性点B，功率MOSFET管Q1的脚1控制栅极连接外部的控制信号。所述谐振电容Cr接中点B。本实施例针对实施例1双向LLC拓扑改进其结构，提高效率，变换器可靠性，减小设备的电磁干扰。适用场景：需要隔离的DC/DC变换场景，要求能量双向流动，变换器效率较高。新能源发电，直流微电网，储能应用。实施例1中，基于LLC的双向DC/DC变换器拓扑中设有一个辅助电感Lm2，使得变换器正反向工作时，变换器的结构完全对称，实现了能量的双向传输。但是该拓扑在任意一种工作状态时，主功率回路有一个电感不参与功率传输，而该磁性元件中的环流(无功电流)很大，降低变换器的整体效率。比如正向传输能量时，谐振网络里的辅助电感Lm2两端的电压是正负对称的方波，完全不参与能量传输，也不参与输入输出电压变比的调节，但是加在Lm2两端的方波电压会在该电感上产生一个励磁电流，这个励磁电流不会传输到高压侧，因此是无功的电流。这个电流会从低压侧的开关管网络走，即每个开关管中除了走功率电流之外，还增加了辅助电感Lm2中的无功电流，开关管的电流应力增加很多，太大的电流应力会增加开关管上的损耗，主要体现为开关损耗和导通损耗，开关管的发热会很严重，容易热失效，变换器的稳定性大大降低。另外辅助电感Lm2上也会产生很大的损耗，流过电感绕组中的无功电流在绕组上会产生明显的铜线损耗。同时该无功电流产生的磁场，漏磁在很多磁性元件的气隙附近产生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大功率双向DCDC变换器，其特征在于，包括变换器原边侧电路、变换器副边侧电路，两者通过变压器连接，所述变压器匝比为1：N，在所述的变换器两侧电路中还设有谐振电路，所述变换器原边侧电路为全桥结构，为低压端，包括S1、S2、S3、S4四个开关管，S1、S2两个开关管之间的桥臂连接线上设有中点A，S3、S4两个开关管之间的桥臂连接线上设有中点B；所述变换器副边侧电路为全桥结构，为高压端，包括S5、S6、S7、S8四个开关管，S5、S6两个开关管之间的桥臂连接线上设有中点C，S7、S8两个开关管之间的桥臂连接线上设有中点D；所述的谐振电路包括辅助电感Lm2、谐振电感Lr、励磁电感Lm、谐振电容Cr，四者依次串接，所述辅助电感Lm2的一端连接至S1、S2两个开关管之间的桥臂连接线上的中点A，辅助电感Lm2的另一端连接至S3、S4两个开关管之间的桥臂连接线上的中点B；所述励磁电感Lm与所述的变压器的低压侧并联；所述变压器的高压侧的一端连接至S5、S6两个开关管之间的桥臂连接线上的中点C，变压器的高压侧的另一端连接至S7、S8两个开关管之间的桥臂连接线上的中点D。

【技术特征摘要】
1.一种大功率双向DCDC变换器，其特征在于，包括变换器原边侧电路、变换器副边侧电路，两者通过变压器连接，所述变压器匝比为1：N，在所述的变换器两侧电路中还设有谐振电路，所述变换器原边侧电路为全桥结构，为低压端，包括S1、S2、S3、S4四个开关管，S1、S2两个开关管之间的桥臂连接线上设有中点A，S3、S4两个开关管之间的桥臂连接线上设有中点B；所述变换器副边侧电路为全桥结构，为高压端，包括S5、S6、S7、S8四个开关管，S5、S6两个开关管之间的桥臂连接线上设有中点C，S7、S8两个开关管之间的桥臂连接线上设有中点D；所述的谐振电路包括辅助电感Lm2、谐振电感Lr、励磁电感Lm、谐振电容Cr，四者依次串接，所述辅助电感Lm2...

【专利技术属性】
技术研发人员：林成栋，侯院军，
申请(专利权)人：上海大周信息科技有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31