一种高效单向LLC 谐振DC‑DC 变换电路拓扑结构制造技术

本发明专利技术涉及一种高效单向LLC谐振DC‑DC变换电路拓扑结构，其技术特点在于：包括半桥逆变电路、高频隔离变压器和半桥整流电路；所述半桥逆变电路通过高频隔离变压器与半桥整流电路相连接；该半桥逆变电路包括并联在半桥逆变侧正负极两端的三条半桥逆变支路，该半桥整流电路包括并联在半桥整流侧正负极两端的三条半桥整流支路。本发明专利技术减少2个IGBT模块和2个整流二极管，通过减少开关器件，使本发明专利技术的单向LLC谐振DC/DC变换电路的控制方式和控制系统由繁变简，进而使构成电路的成本降低，提高了电路的效率，并且由于开关器件的减少，使得控制系统和控制方式也简单、可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于DC/DC变换
，主要应用于光伏微电网和开关电源，尤其是一种高效单向LLC谐振DC-DC变换电路拓扑结构。
技术介绍
近年来，由于环境的变化和能源消耗速度的加快，越来越多的学者开始关注合理、高效的利用能源。随着现代电力电子技术的飞速发展，由于DC/DC变换技术具有软开关、高功率密度、装置体积小等优点，使得DC/DC变换在开关电源、光伏微电网等领域得到了广泛的应用。其中，实现DC/DC变换器的高功率密度和高效率，是DC/DC变换器研究的重点；LLC谐振能够在全负载范围内，实现原边开关器件的零电压开通(ZVS)和副边整流二极管的零电流关断(ZCS)，由于开关损耗较小，因此在保持高效率的基础上提高开关频率，就能够减小装置的体积，增大功率密度，因此基于LLC谐振的DC/DC变换器受到了广泛关注。目前，在开关电源及光伏微电网储能等领域，需要能量单向流动，因此可采用单向LLC谐振DC/DC变换，现有技术中的单向LLC谐振DC/DC变换电路，如图2所示，该单向LLC谐振DC/DC变换电路由全桥逆变电路、LLC谐振网络电路、全桥整流电路连接构成。逆变侧采用全桥逆变，整流侧采用全桥整流，当能量单相流动时，第一IGBT模块Q1、第四IGBT模块Q4与第二IGBT模块Q2、第三IGBT模块Q3施加占空比为50％的互补驱动信号，实现逆变功能，其中，第一IGBT模块Q1和第四IGBT模块Q4的驱动信号完全相同，第二IGBT模块Q2和第三IGBT模块Q3的驱动信号完全相同；全桥整流部分采用第五整流二极管D5、第六整流二极管D6、第七整流二极管D7、第八整流二极管D8实现全桥整流。但上述单向LLC谐振DC/DC变换电路，存在如下缺点：(1)开关元器件数量过多，导致电路效率降低；(2)电路控制系统和控制方式复杂、工作效率以及安全系数低、性能不稳定；(3)构建成本过高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、结构简单、构建成本低且安全可靠的高效单向LLC谐振DC-DC变换电路拓扑结构。本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：一种高效单向LLC谐振DC-DC变换电路拓扑结构，包括半桥逆变电路、高频隔离变压器和半桥整流电路；所述半桥逆变电路通过高频隔离变压器与半桥整流电路相连接；该半桥逆变电路包括并联在半桥逆变侧正负极两端的三条半桥逆变支路，其中，第一半桥逆变支路由逆变侧滤波电容Ci构成，第二半桥逆变支路由第一IGBT模块Q1和第二IGBT模块Q2串联连接构成，第三半桥逆变支路由第一电容C1和第二电容C2串联连接构成；该半桥整流电路包括并联在半桥整流侧正负极两端的三条半桥整流支路；其中，第一半桥整流支路由整流侧滤波电容Co构成，第二半桥整流支路由第三整流二极管D3和第四整流二极管D4串联连接构成，第三半桥逆变支路由第三电容C3和第四电容C4串联连接构成。而且，所述第一IGBT模块Q1为带反并二极管D1的第一IGBT开关；所述第二IGBT模块Q2为带反并二极管D2的第二IGBT开关。而且，所述第一IGBT开关的发射极与第二IGBT开关的基极相连接且两者之间的共同节点J1通过第一电感L1与所述高频隔离变压器一次侧的一端相连接；所述第一电容C1的一端与第二电容C2的一端相连接且两者之间的共同节点J2与所述高频隔离变压器一次侧的另一端相连接；所述第二电感L2并联在所述高频隔离变压器的一次侧的两端。而且，所述第三电容C3的一端与第四电容C4的一端相连接且两者之间的共同节点J3与所述高频隔离变压器二次侧的一端相连接；所述第三整流二极管D3阳极与第四整流二极管D4的阴极相连接且两者之间的共同节点J4与所述高频隔离变压器二次侧的另一端相连接。本专利技术的优点和积极效果是：1、本专利技术提出一种半桥逆变和半桥整流的拓扑，减少了开关器件的数量，提高了电路的效率，并且由于开关器件的减少，使得控制系统和控制方式也简单、可靠。2、本专利技术相比现有技术中的单向LLC谐振DC/DC变换电路，减少2个IGBT模块和2个整流二极管，通过减少开关器件，使本专利技术的单向LLC谐振DC/DC变换电路的控制方式和控制系统由繁变简，进而使构成电路的成本降低，同时第一IGBT模块Q1、第二IGBT模块Q2、第三整流二极管D3和第四整流二极管D4的损耗减小至现有技术中单向LLC谐振DC/DC变换电路的50％。3、本专利技术通过采用第一电容C1和第二电容C2代替现有技术中的Cr1的作用，与第一电感L1组成LLC谐振，由于电容的损耗非常小，提高了本专利技术的工作效率。附图说明图1是本专利技术的高效单向LLC谐振DC-DC变换电路拓扑结构图；图2是现有技术的单向LLC谐振DC/DC变换电路拓扑结构图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术实施例作进一步详述：一种高效单向LLC谐振DC-DC变换电路拓扑结构，如图1所示，包括半桥逆变电路、高频隔离变压器和半桥整流电路；所述半桥逆变电路通过高频隔离变压器与半桥整流电路相连接；该半桥逆变电路包括并联在半桥逆变侧正负极两端的三条半桥逆变支路，其中，第一半桥逆变支路由逆变侧滤波电容Ci构成，第二半桥逆变支路由第一IGBT模块Q1和第二IGBT模块Q2串联连接构成，第三半桥逆变支路由第一电容C1和第二电容C2串联连接构成；所述第一IGBT模块Q1为带反并二极管D1的第一IGBT开关；所述第二IGBT模块Q2为带反并二极管D2的第二IGBT开关。所述第一IGBT开关的发射极与第二IGBT开关的基极相连接且两者之间的共同节点J1通过第一电感L1与所述高频隔离变压器一次侧的一端相连接；所述第一电容C1的一端与第二电容C2的一端相连接且两者之间的共同节点J2与所述高频隔离变压器一次侧的另一端相连接；所述第二电感L2并联在所述高频隔离变压器的一次侧的两端。该半桥整流电路包括并联在半桥整流侧正负极两端的三条半桥整流支路；其中，第一半桥整流支路由整流侧滤波电容Co构成，第二半桥整流支路由第三整流二极管D3和第四整流二极管D4串联连接构成，第三半桥逆变支路由第三电容C3和第四电容C4串联连接构成。所述第三电容C3的一端与第四电容C4的一端相连接且两者之间的共同节点J3与所述高频隔离变压器二次侧的一端相连接；所述第三整流二极管D3阳极与第四整流二极管D4的阴极相连接且两者之间的共同节点J4与所述高频隔离变压器二次侧的另一端相连接。本专利技术的工作原理是：本专利技术的单向LLC谐振DC-DC变换电路拓扑结构由半桥逆变电路、高频隔离变压器和半桥整流电路三部分组成。采用LLC谐振实现半桥逆变侧电路IGBT模块的零电压开通(ZVS)和准零电流关断(ZCS)，同时又实现了半桥整流侧电路二极管的ZCS；半桥逆变侧电路采用2个IGBT模块串联组成一个桥臂、2个电容串联组成一个桥臂，整流侧采用2个二极管串联组成一个桥臂、2个电容串联组成一个桥臂，采用最小数量的IGBT模块和二极管，以减小半导体器件的导通损耗；采用高频隔离变压器实现电压变换和电气隔离。为了提高拓扑的效率并降低成本，本专利技术将现有技术中的全桥变换电路中的一组桥臂用2个电容串联代替；本专利技术的高效单向LLC谐振DC/DC变换电路拓扑结构(如图1所示)与现有技术中的单向LLC谐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效单向LLC谐振DC‑DC变换电路拓扑结构，其特征在于：包括半桥逆变电路、高频隔离变压器和半桥整流电路；所述半桥逆变电路通过高频隔离变压器与半桥整流电路相连接；该半桥逆变电路包括并联在半桥逆变侧正负极两端的三条半桥逆变支路，其中，第一半桥逆变支路由逆变侧滤波电容Ci构成，第二半桥逆变支路由第一IGBT模块Q1和第二IGBT模块Q2串联连接构成，第三半桥逆变支路由第一电容C1和第二电容C2串联连接构成；该半桥整流电路包括并联在半桥整流侧正负极两端的三条半桥整流支路；其中，第一半桥整流支路由整流侧滤波电容Co构成，第二半桥整流支路由第三整流二极管D3和第四整流二极管D4串联连接构成，第三半桥逆变支路由第三电容C3和第四电容C4串联连接构成。

【技术特征摘要】
1.一种高效单向LLC谐振DC-DC变换电路拓扑结构，其特征在于：包括半桥逆变电路、高频隔离变压器和半桥整流电路；所述半桥逆变电路通过高频隔离变压器与半桥整流电路相连接；该半桥逆变电路包括并联在半桥逆变侧正负极两端的三条半桥逆变支路，其中，第一半桥逆变支路由逆变侧滤波电容Ci构成，第二半桥逆变支路由第一IGBT模块Q1和第二IGBT模块Q2串联连接构成，第三半桥逆变支路由第一电容C1和第二电容C2串联连接构成；该半桥整流电路包括并联在半桥整流侧正负极两端的三条半桥整流支路；其中，第一半桥整流支路由整流侧滤波电容Co构成，第二半桥整流支路由第三整流二极管D3和第四整流二极管D4串联连接构成，第三半桥逆变支路由第三电容C3和第四电容C4串联连接构成。2.根据权利要求1所述的一种高效单向LLC谐振DC-DC变换电路拓扑结构，其特征在于：所述第一IGBT模块Q1为带反并二极管D1的第一I...

【专利技术属性】
技术研发人员：高强伟，辛德锋，黄旭，陈哲星，孙广志，侯雪，鞠林，史钧杰，王玉辉，朱汉卿，赵军，刘学，张高磊，苏强，吴俣，赵乾鹏，刘伟，孙宏亮，刘瀚冰，
申请(专利权)人：国网天津市电力公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：天津;12