单级双向隔离AC-DC变换器制造技术

本发明专利技术公开了三种结构的单级双向隔离AC-DC变换器，属于电力电子变换器领域。所述三种变换器的结构均由单相交流源、直流源、Boost电感、移相电感、母线电容、变压器、原副边功率开关管等组成。通过在桥臂中点连接Boost电感，实现了双向Boost PFC变换器与桥式双向变换器的集成，单级功率变换即可实现PFC+隔离DC-DC变换两种功能，且能量可双向流动。本发明专利技术具有功率损耗小、变换效率高、开关损耗小、能实现能量双向流动等优点，尤其适用于V2G和电网-蓄电池储能系统中。

【技术实现步骤摘要】
单级双向隔离AC-DC变换器
本专利技术涉及电力电子领域，特别涉及一种适用于V2G和电网一蓄电池储能等系统中的AC-DC变换器。
技术介绍
为了应对资源短缺和环境污染对电力系统发展提出的严峻挑战，智能电网技术得到了各国电力行业的广泛关注。与此同时，电动汽车作为一种绿色交通工具已成为汽车工业发展的必然趋势。总体来说，大规模电动汽车接入电网，一方面从负荷增长、系统稳定性等方面给电力系统带来了挑战；另一方面，从电能消费占终端能源消费比重、提高电网设备利用率等方面给电力系统带来了新的机遇。除具有负荷特性外，电动汽车可以作为分布式储能装置为电力系统提供服务，从而提闻发电效率，提闻电力传输的可罪性，提闻可再生能源发电接入能力，这就是近年来得到广泛关注的V2G(vehicle-to-grid)的概念。作为电动汽车与电网能量交互的接口，充放电机是实现移动储能功能的基础，其可靠性、安全性、经济性，以及效率、重量、体积、谐波等诸多因素都影响良好互动的实现。单相隔离AC-DC变换器广泛应用于电动汽车/混合电动汽车充电和不间断电源(uninterruptible power supply, UPS)等系统中，其中像V2G或者蓄电池储能等这些应用场合需要双向功率流动，这时就需要双向的单相隔离AC-DC变换器。传统的解决方法是一级Boost功率因数校正(power factor correction, PFC)电路级联一级高频隔离DC-DC变换器，比如双半桥(dual half bridge, DHB)，双有源桥(dualactive bridge,DAB)或直流谐振变换器。单相交流电源的功率需要被变换两次才能到输出端口，功率损耗较大，变换器的体积也较大，不利于变换器的高效率、高功率密度等性能的实现。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的上述问题，本专利技术提出了三种功率损耗小、开关损耗小、并能实现能量双向流动的单级双向隔离AC-DC变换器。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案:第一种单级双向隔离AC-DC变换器，包括原边单相交流电源Uin、副边直流电源V。、第一工频功率开关管Sml、第二工频功率开关管Sm2、第一原边功率开关管Spl、第二原边功率开关管Sp2、第三原边功率开关管Sp3、第四原边功率开关管Sp4、第一副边功率开关管Ssl、第二副边功率开关管Ss2、第三副边功率开关管Ss3、第四副边功率开关管Ss4、第一 Boost电感Lbl、第二 Boost电感Lb2、母线电容Cbus、高频两绕组变压器T、移相电感L和输出电容C。；其中，移相电感L包含高频两绕组变压器T的漏感；第一工频功率开关管Sml的源极与第二工频功率开关管Sm2的漏极相连，组成一个原边工频桥臂；第一原边功率开关管Spl的源极与第二原边功率开关管Sp2的漏极相连，组成原边超前高频桥臂，桥臂中点为b点；第三原边功率开关管Sp3的源极与第四原边功率开关管Sp4的漏极相连，组成原边滞后高频桥臂，桥臂中点为a点；原边工频桥臂、原边超前高频桥臂、原边滞后高频桥臂和母线电容Cbus并联连接；第一 Boost电感Lbl的一端连接到原边滞后高频桥臂的a点,第二 Boost电感Lb2的一端连接到原边超前高频桥臂的b点,第一 Boost电感Lbl的另一端与第二 Boost电感Lb2的另一端一起连接到原边单相交流电源Uin的一端，原边单相交流电源Uin的另一端连接到第一工频开关管Sml的源极；移相电感k的一端连接到原边滞后高频桥臂的a点，另一端与高频两绕组变压器T原边绕组的同名端相连接；高频两绕组变压器T原边绕组的非同名端连接到原边超前高频桥臂的b点；第一副边功率开关管Ssl的源极与第二副边功率开关管Ss2的漏极相连，组成副边超前高频桥臂，桥臂中点为c点；第三副边功率开关管Sp3的源极与第四副边功率开关管Sp4的漏极相连，组成副边滞后高频桥臂，桥臂中点为d点；高频两绕组变压器T副边绕组的同名端连接到副边滞后高频桥臂的d点，高频两绕组变压器T副边绕组的非同名端连接到副边超前高频桥臂的C点；副边超前高频桥臂、副边滞后高频桥臂和输出电容C。并联连接；第一副边功率开关管Ssl的漏极、第三副边功率开关管Ss3的漏极分别与副边直流电源V。的正极相连；第二副边功率开关管Ss2的源极、第四副边功率开关管Ss4的源极分别与副边直流电源V。的负极相连。第二种单级双向隔离AC-DC变换器，包括原边单相交流电源Uin、副边直流电源V。、第一工频功率开关管Sml、第二工频功率开关管Sm2、第一原边功率开关管Spl、第二原边功率开关管Sp2、第一副边功率开关管Ssl、第二副边功率开关管Ss2、第三副边功率开关管Ss3、第四副边功率开关管Ss4、Boost电感Lb、第一原边母线电容Cbusl、第二原边母线电容Cbus2、高频两绕组变压器T、移相电感L和输出电容C。；其中，移相电感L包含高频两绕组变压器T的漏感；第一工频功率开关管Sml的源极与第二工频功率开关管Sm2的漏极相连，组成一个原边工频桥臂；第一原边功率开关管Spl的源极与第二原边功率开关管Sp2的漏极相连，组成原边超前高频桥臂，桥臂中点为b点；第一原边母线电容Cbusl的一端与第二原边母线电容Cbus2的一端相连，组成原边滞后高频桥臂，桥臂中点为a点；第一原边母线电容Cbusl的另一端与第一工频功率开关管Sml的漏极、第一原边功率开关管Spl的漏极连接在一起，第二原边母线电容Cbus2的另一端与第二工频功率开关管Sm2的源极、第二原边功率开关管Sp2的源极连接在一起；第一原边母线电容Cbusl的另一端分别与第一工频功率开关管Sml的漏极、第一原边功率开关管Spl的漏极相连；第二原边母线电容Cbus2的另一端分别与第二工频功率开关管Sm2的源极、第二原边功率开关管Sp2的源极相连；原边单相交流电源Uin的一端与第一工频开关管Sml的源极相连，另一端与Boost电感Lb的一端相连；Boost电感Lb的另一端连接到原边超前高频桥臂的b点；移相电感Lr的一端连接到原边滞后高频桥臂的a点，另一端与高频两绕组变压器T原边绕组的同名端相连；高频两绕组变压器T原边绕组的非同名端连接到原边超前高频桥臂的b点；第一副边功率开关管Ssl的源极与第二副边功率开关管Ss2的漏极相连，组成副边超前高频桥臂，桥臂中点为c点；第三副边功率开关管Sp3的源极与第四副边功率开关管Sp4的漏极相连，组成副边滞后高频桥臂，桥臂中点为d点；高频两绕组变压器T副边绕组的同名端连接到副边滞后高频桥臂的d点，高频两绕组变压器T副边绕组的非同名端连接到副边超如闻频桥臂的c点；副边超如闻频桥臂、副边滞后闻频桥臂和输出电容C。并联连接；第一副边功率开关管Ssl的漏极、第三副边功率开关管Ss3的漏极分别与副边直流电源V。的正极相连；第二副边功率开关管Ss2的源极、第四副边功率开关管Ss4的源极分别与副边直流电源V。的负极相连。第三种单级双向隔离AC-DC变换器，包括原边单相交流电源Uin、副边直流电源V。、第一工频功率开关管Sml、第二工频功率开关管Sm2、第一原边功率开关管Spl、第二原边功率开关管Sp2、第三原边功率开关管Sp3、第四原边功率开关管Sp4、第五原边功率开关管Sp5、第六本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单级双向隔离AC‑DC变换器，其特征在于：所述AC‑DC变换器包括原边单相交流电源uin、副边直流电源Vo、第一工频功率开关管Sm1、第二工频功率开关管Sm2、第一原边功率开关管Sp1、第二原边功率开关管Sp2、第三原边功率开关管Sp3、第四原边功率开关管Sp4、第一副边功率开关管Ss1、第二副边功率开关管Ss2、第三副边功率开关管Ss3、第四副边功率开关管Ss4、第一Boost电感Lb1、第二Boost电感Lb2、母线电容Cbus、高频两绕组变压器T、移相电感Lr和输出电容Co；其中，移相电感Lr包含高频两绕组变压器T的漏感；第一工频功率开关管Sm1的源极与第二工频功率开关管Sm2的漏极相连，组成一个原边工频桥臂；第一原边功率开关管Sp1的源极与第二原边功率开关管Sp2的漏极相连，组成原边超前高频桥臂，桥臂中点为b点；第三原边功率开关管Sp3的源极与第四原边功率开关管Sp4的漏极相连，组成原边滞后高频桥臂，桥臂中点为a点；原边工频桥臂、原边超前高频桥臂、原边滞后高频桥臂和母线电容Cbus并联连接；第一Boost电感Lb1的一端连接到原边滞后高频桥臂的a点，第二Boost电感Lb2的一端连接到原边超前高频桥臂的b点，第一Boost电感Lb1的另一端与第二Boost电感Lb2的另一端一起连接到原边单相交流电源uin的一端，原边单相交流电源uin的另一端连接到第一工频开关管Sm1的源极；移相电感Lr的一端连接到原边滞后高频桥臂的a点，另一端与高频两绕组变压器T原边绕组的同名端相连接；高频两绕组变压器T原边绕组的非同名端连接到原边超前高频桥臂的b点；第一副边功率开关管Ss1的源极与第二副边功率开关管Ss2的漏极相连，组成副边超前高频桥臂，桥臂中点为c点；第三副边功率开关管Sp3的源极与第四副边功率开关管Sp4的漏极相连，组成副边滞后高频桥臂，桥臂中点为d点；高频两绕组变压器T副边绕组的同名端连接到副边滞后高频桥臂的d点，高频两绕组变压器T副边绕组的非同名端连接到副边超前高频桥臂的c点；副边超前高频桥臂、副边滞后高频桥臂和输出电容Co并联连接；第一副边功率开关管Ss1的漏极、第三副边功率开关管Ss3的漏极分别与副边直流电源Vo的正极相连；第二副边功率开关管Ss2的源极、第四副边功率开关管Ss4的源极分别与副边直流电源Vo的负极相连。...

【技术特征摘要】
1.一种单级双向隔离AC-DC变换器，其特征在于:所述AC-DC变换器包括原边单相交流电源Uin、副边直流电源V。、第一工频功率开关管Sml、第二工频功率开关管Sm2、第一原边功率开关管Spl、第二原边功率开关管Sp2、第三原边功率开关管Sp3、第四原边功率开关管sp4、第一副边功率开关管Ssl、第二副边功率开关管Ss2、第三副边功率开关管Ss3、第四副边功率开关管Ss4、第一 Boost电感Lbl、第二 Boost电感Lb2、母线电容Cbus、高频两绕组变压器T、移相电感L和输出电容C。； 其中，移相电感k包含高频两绕组变压器T的漏感；第一工频功率开关管Sml的源极与第二工频功率开关管Sm2的漏极相连，组成一个原边工频桥臂；第一原边功率开关管Spl的源极与第二原边功率开关管Sp2的漏极相连，组成原边超前高频桥臂，桥臂中点为b点；第三原边功率开关管Sp3的源极与第四原边功率开关管Sp4的漏极相连，组成原边滞后高频桥臂，桥臂中点为a点；原边工频桥臂、原边超前高频桥臂、原边滞后高频桥臂和母线电容Cbus并联连接；第一 Boost电感Lbl的一端连接到原边滞后高频桥臂的a点,第二 Boost电感Lb2的一端连接到原边超前高频桥臂的b点,第一 Boost电感Lbl的另一端与第二 Boost电感Lb2的另一端一起连接到原边单相交流电源Uin的一端，原边单相交流电源Uin的另一端连接到第一工频开关管Sml的源极；移相电感k的一端连接到原边滞后高频桥臂的a点，另一端与高频两绕组变压器T原边绕组的同名端相连接；高频两绕组变压器T原边绕组的非同名端连接到原边超前高频桥臂的b点； 第一副边功率开关管Ssl的源极与第二副边功率开关管Ss2的漏极相连，组成副边超前高频桥臂，桥臂中点为c点；第三副边功率开关管Sp3的源极与第四副边功率开关管Sp4的漏极相连，组成副边滞后高频桥臂，桥臂中点为d点； 高频两绕组变压器T 副边绕组的同名端连接到副边滞后高频桥臂的d点，高频两绕组变压器T副边绕组的非同名端连接到副边超前高频桥臂的c点；副边超前高频桥臂、副边滞后高频桥臂和输出电容C。并联连接； 第一副边功率开关管Ssl的漏极、第三副边功率开关管Ss3的漏极分别与副边直流电源V0的正极相连；第二副边功率开关管Ss2的源极、第四副边功率开关管Ss4的源极分别与副边直流电源V。的负极相连。2.一种单级双向隔离AC-DC变换器，其特征在于:所述AC-DC变换器包括原边单相交流电源Uin、副边直流电源V。、第一工频功率开关管Sml、第二工频功率开关管Sm2、第一原边功率开关管Spl、第二原边功率开关管Sp2、第一副边功率开关管Ssl、第二副边功率开关管Ss2、第三副边功率开关管Ss3、第四副边功率开关管Ss4、Boost电感Lb、第一原边母线电容Cbusl、第二原边母线电容Cbus2、高频两绕组变压器T、移相电感L和输出电容C。； 其中，移相电感k包含高频两绕组变压器T的漏感；第一工频功率开关管Sml的源极与第二工频功率开关管Sm2的漏极相连，组成一个原边工频桥臂；第一原边功率开关管Spl的源极与第二原边功率开关管Sp2的漏极相连，组成原边超前高频桥臂，桥臂中点为b点；第一原边母线电容Cbusl的一端与第二原边母线电容Cbus2的一端相连，组成原边滞后高频桥臂，桥臂中点为a点；第一原边母线电容Cbusl的另一端与第一工频功率开关管Sml的漏极、第一原边功率开关管Spl的漏极连接在一起，第二原边母线电容Cbus2的另一端与第二工频功率开关管Sm2的源极、第二原边功率开关管Sp2的源极连接在一起； 第一原边母线电容Cbusl的另一端分别与第一工频功率开关管Sml的漏极、第一原边功率开关管Spl的漏极相连；第二原边母线电容Cbus2的另一端分别与第二工频功率开关管Sm2的源极、第二原边功率开关管Sp2的源极相连； 原边单相交流电源Uin的一端与第一工频开关管Sml的源极相连，另一端与Boost电感Lb的一端相连；Boost电感Lb的另一端连接到原边超前高频桥臂的b点；移相电感L的一端连接到原边滞后高频桥臂的a点，另一端与高频两绕组变压器T原边绕组的同名端相连；高频两绕组变压器T原边绕组的非同名端连接到原边超前高频桥臂的b点； 第一副...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙孝峰，申彦峰，李昕，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13