【技术实现步骤摘要】
并联谐振式双向隔离型高增益DC-DC变换器
本专利技术涉及电力电子
,特别涉及一种并联谐振式双向隔离型高增益DC-DC变换器。
技术介绍
目前,智能电网已经成为未来能源发展的关键技术和主体方向,其涵盖的交直流微电网中所涉及的新能源发电由于其间歇性、随机性和不稳定性,需要增加储能单元对新能源发电进行互补和存储。为了在交直流微电网中使储能单元的电能安全、稳定、平滑地接入接出,双向隔离型DC-DC(DirectCurrenttoDirectCurrent,直流转直流)变换器是十分关键的技术设备。为了适应未来智能电网高标准的技术要求,双向隔离型DC-DC变换器需要具备高效、高增益、高功率密度、低成本和低电流纹波的优势,而开发同时满足多项高标准的双向隔离型DC-DC变换器是需要进一步突破的技术瓶颈。相关技术中,双向隔离型DC-DC变换器主要包括双有源桥式、LLC谐振式、CLLC谐振式、开关Z源式以及各类带吸收电路的半桥式和全桥式,其中,针对双有源桥式和谐振式双向隔离型DC-DC变换器的研究较多,他们具备高效、高可靠性等优点,然而它们至少需要8个有源开关管,依靠变压器的变比实现高增益变换,而且在功率控制和低电流纹波方面也存在诸多问题。针对这些问题,一些相关技术文献对其进行了改进和分析的研究。例如,为了降低电流纹波并提高效率,一种相关技术提出电流馈电型双向隔离DC-DC变换器,低压侧由带输入电感的半桥结构构成,高压侧由带三抽头的全桥结构加两个电容构成,能够实现宽输入范围、低电流纹波、低导通损耗和软开关操作。然而三抽头的变压器不仅会增大体积而且会增加损耗,需要6个有 ...
【技术保护点】
一种并联谐振式双向隔离型高增益DC‑DC变换器,其特征在于,包括:交错升压单元,所述交错升压单元包括第一电感L1、第二电感L2、第一开关管S1、第二开关管S2和低压输入源VLin或低压负载RLL,其中,所述第一电感L1的一端和所述第一开关管S1的漏极与第一节点A相连,所述第二电感L2的一端和所述第二开关管S2的漏极与第二节点B相连,所述第一电感L1的另一端和所述第二电感L2的另一端与所述低压输入源VLin的正极或所述低压负载RLL的一端相连,所述第一开关管S1的源极和所述第二开关管S2的源极与所述低压输入源VLin的负极或所述低压负载RLL的另一端相连;并联谐振单元,所述并联谐振单元通过所述第一节点A和所述第二节点B与所述交错升压单元相连,所述并联谐振单元包括并联电容Cp、变压器Tr,变压器漏感Llp,其中,所述并联电容Cp的一端和所述变压器Tr一次侧的同名端与所述第一节点A相连,所述并联电容Cp的另一端和所述变压器Tr一次侧的异名端与所述第二节点B相连,所述变压器Tr二次侧的同名端与第三节点C相连,所述变压器Tr二次侧的异名端与第四节点D相连;Buck‑boost单元,所述并联谐振单 ...
【技术特征摘要】
1.一种并联谐振式双向隔离型高增益DC-DC变换器,其特征在于,包括:交错升压单元,所述交错升压单元包括第一电感L1、第二电感L2、第一开关管S1、第二开关管S2和低压输入源VLin或低压负载RLL,其中,所述第一电感L1的一端和所述第一开关管S1的漏极与第一节点A相连,所述第二电感L2的一端和所述第二开关管S2的漏极与第二节点B相连,所述第一电感L1的另一端和所述第二电感L2的另一端与所述低压输入源VLin的正极或所述低压负载RLL的一端相连,所述第一开关管S1的源极和所述第二开关管S2的源极与所述低压输入源VLin的负极或所述低压负载RLL的另一端相连;并联谐振单元,所述并联谐振单元通过所述第一节点A和所述第二节点B与所述交错升压单元相连,所述并联谐振单元包括并联电容Cp、变压器Tr,变压器漏感Llp,其中,所述并联电容Cp的一端和所述变压器Tr一次侧的同名端与所述第一节点A相连,所述并联电容Cp的另一端和所述变压器Tr一次侧的异名端与所述第二节点B相连,所述变压器Tr二次侧的同名端与第三节点C相连,所述变压器Tr二次侧的异名端与第四节点D相连;Buck-boost单元,所述并联谐振单元通过所述第三节点C和所述第四节点D与所述Buck-boost单元相连,所述Buck-boost单元包括第三开关管S3、第四开关管S4、隔直电容Cs、输出电容Co和高压输入源VHin或高压负载RHL,其中,所述第三开关管S3的源极和所述第四开关管S4的漏极与所述第三节点C相连,所述隔直电容Cs的一端与所述第四节点D相连,所述第三开关管S3的漏极和所述输出电容Co的一端与所述高压输入源VHin的正极或所述高压负载RHL的一端相连,所诉第四开关管S4的源极和所述输出电容Co的另一端与所述高压输入源VHin的负极或所述高压负载RHL的另一端相连。2.根据权利要求1所述的并联谐振式双向隔离型高增益DC-DC变换器,其特征在于,所述DC-DC变换器的工作模式包括升压模式和降压模式。其中,所述升压模式包括十个工作模态,且前五个工作模态与后五个工作模态相互对称,所述前五个工作模态分别为第一工作模态、第二工作模态、第三工作模态、第四工作模态和第五工作模态。所述降压模式包括十个工作模态,且前五个工作模态与后五个工作模态相互对称,所述前五个工作模态分别为第一工作模态、第二工作模态、第三工作模态、第四工作模态和第五工作模态。3.根据权利要求2所述的并联谐振式双向隔离型高增益DC-DC变换器,其特征在于,在所述升压模式第一工作模态下,包括:所述第一开关管S1、所述第二开关管S2和所述第三开关管S3导通,所述第四开关管S4关断,所述输出电容Co向所述高压负载RHL供电,且通过所述第三开关管S3向所述变压器Tr反向充电。同时,所述低压输入源VHin通过所述第一开关管S1向所述第一电感L1恒压充磁,通过所述第二开关管S2向所述第二电感L2恒压充磁,其中公式如下:其中,Lp=(Llp+Lls),iLp(t)为所述变压器Tr的一次侧电流,iLs(t)为所述变压器Tr的二次侧电流,iS1(t)为所述第一开关管S1的电流,iS2(t)为所述第二开关管S2的电流,iS3(t)为所述第三开关管S3的电流,VHL为所述高压负载RHL的电压,Llp为所述变压器Tr一次侧的漏感,Lls为所述变压器Tr二次侧的漏感,iL为所述第一电感L1和所述第二电感L2的稳态电流。4.根据权利要求2所述的并联谐振式双向隔离型高增益DC-DC变换器,其特征在于,在所述升压模式第二工作模态下,包括:所述第一开关管S1和所述第三开关管S3导通,所述第二开关管S2和所述第四开关管S4关断,所述并联电容Cp与所述变压器漏感Llp开始谐振,所述第二开关管S2实现零电压关断,所述第二电感L2和所述变压器Tr一次侧电流迅速转移到所述并联电容Cp,所述输出电容Co继续向所述高压负载RHL供电,继续通过所述第三开关管S3向所述变压器Tr反向充电。其中公式如下:iLp(t)=iLs(t)=iL-Aω1Cpcos[ω1(t-t1)+θ],t∈[t1,t2],其中,Lp=(Llp+Lls),其中,vCp(t)为所述并联电容Cp的电压,D1为所述第一开关管S1驱动信号和第二开关管S2驱动信号的占空比,D2为所述第三开关管S2驱动信号和第四开关管S4驱动信号的占空比,Ts为所述DC-DC变换器的开关周期,Cp为所述并联电容Cp的容值。5.根据权利要求2所述的并联谐振式双向隔离型高增益DC-DC变换器,其特征在于,在所述升压模式第三工作模态下,包括:所述并联电容Cp的电压谐振至零,所述变压器Tr一次侧电压被钳位为零,其电流线性下降,所述并联电容Cp的电流转移到所述第二开关管S2的反并联二极管中进行续流,期间,所述第二开关管S2实现零电压开通,所述第二开关管S2的电流由负变为正,其中公式如下:其中,Lp=(Llp+Lls),其中,iLp(t)为所述变压器Tr的一次侧电流,iLs(t)为所述变压器Tr的二次侧电流,iS1(t)为所述第一开关管S1的电流,iS2(t)为所述第二开关管S2的电流。6.根据权利要求2所述的并联谐振式双向隔离型高增益DC-DC变换器,其特征在于,在所述升压模式第四工作模态下,包括:所述第一开关管S1和所述第二开关管S2导通,所述变压器Tr一次侧二次侧电流继续线性下降,期间...
【专利技术属性】
技术研发人员:李虹,曾洋斌,张智,郑琼林,游小杰,
申请(专利权)人:北京交通大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
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