双向DC/DC功率变换器制造技术

本发明专利技术涉及一种双向DC/DC功率变换器。本发明专利技术的变换器中，在左侧的第一谐振电路和右侧的第二谐振电路上分别并联一个旁路开关。当正向输送功率时，将第二谐振电路中的谐振电感和谐振电容旁路掉；当反向输送功率时，将第一谐振电路中的谐振电感和谐振电容旁路掉；这样做，能够减少感性损耗和容性损耗，提高了能量传输的效率，并且在一定程度上抑制寄生参数的影响。本发明专利技术拓扑无论正向还是反向，在进行功率传输时，其频率增益曲线都是单调的，保证了系统的可控性，利于反馈环路的设计。

【技术实现步骤摘要】
双向DC/DC功率变换器
本专利技术涉及电力电子变换器领域，具体涉及一种双向DC/DC(直流/直流)功率变换器。
技术介绍
简单的双向变换器是由两个全桥或者半桥电路互为对称组成，其实现起来较为简单，但是缺点也是明显的，两边的开关管都工作于硬开关模式，EMI(ElectromagneticInterference，电磁干扰)特性和效率都显得相对较差，以LLC谐振变换器为例，传统控制方案是使其工作在下谐振区，略低于谐振频率，这样原边MOS(Metal-Oxide-Semiconductor，半导体金属氧化物)管和副边的二极管都能够实现零电压开通或者零点流关闭，效率相对于硬开通模式有了大大的提高，如果副边二极管换成MOS管，工作于同步整流模式，那么效率会进一步提高。现有专利文件CN104993707(专利技术名称：基于LLC谐振的双向DC/DC变换器的控制方法，公布日：2015.10.21)如图1所示，该专利描述的是基于LLC拓扑的双向变换器，在不增加元器件的情况下，通过在文中给出了一种控制方案，使得功率反向传输时，即从右侧传输到左侧时，增益能够大于1，但是该方案并没有解决反向传输时右侧开关管工作于硬开关模式的问题，从而导致效率比较低。
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述问题，本专利技术提出了一种双向DC/DC功率变换器，提高了能量传输的效率，并且在一定程度上抑制寄生参数的影响。本专利技术提出一种双向DC/DC功率变换器，包括第一整流/逆变电路、第一谐振电路、变压器、第二整流/逆变电路，所述第一谐振电路设置于第一整流/逆变电路的交流侧；还包括第二谐振电路，以及旁路开关组；所述第一整流/逆变电路的直流侧为所述功率变换器的电源输入/输出端，对应的第二整流/逆变电路的直流侧为所述功率变换器的电源输出/输入端；所述第二谐振电路设置于第二整流/逆变电路的交流侧；所述旁路开关组，配置为在正向输送功率时，将第二谐振电路旁路；在反向输送功率时，将第一谐振电路旁路。优选地，所述旁路开关组包括：第一旁路开关和第二旁路开关；所述第一旁路开关与所述第一谐振电路并联；所述第二旁路开关与所述第二谐振电路并联。优选地，正向输送功率时，所述第一整流/逆变电路工作于高频逆变模式，所述第二整流/逆变电路工作于高频整流模式；所述第一旁路开关为截止状态，所述第二旁路开关为导通状态。优选地，反向输送功率时，所述第二整流/逆变电路工作于高频逆变模式，所述第一整流/逆变电路工作于高频整流模式；所述第一旁路开关为导通状态，所述第二旁路开关为截止状态。优选地，正向输送功率时，第一整流/逆变电路的开关频率选择在电路谐振点附近。优选地，反向输送功率时，第二整流/逆变电路的开关频率选择在电路谐振点附近。优选地，所述第一谐振电路，包括谐振电感Lres1和谐振电容Cres1，Lres1和Cres1串联；所述第二谐振电路，包括谐振电感Lres2和谐振电容Cres2，Lres2和Cres2串联；所述第一整流/逆变电路交流侧的一端在依次串联Lres1、Cres1后与变压器原边的一端相连；所述第一整流/逆变电路交流侧的另一端与变压器原边的另一端相连；所述第二整流/逆变电路交流侧的一端与Cres2、Lres2依次串联后与变压器副边的一端相连；所述第二整流/逆变电路交流侧的另一端与变压器副边的另一端相连；所述第一旁路开关，与Lres1、Cres1组成的串联电路并联；所述第二旁路开关，与Lres2、Cres2组成的串联电路并联。优选地，正向输送功率时，第一整流/逆变电路的开关频率选择在第一谐振电路的下谐振区域，低于谐振点1/sqrt(Lres1*Cres1)，但高于谐振点1/sqrt((Lres1+Lm)*Cres1))，其中Lm为变压器的励磁电感。优选地，反向输送功率时，第二整流/逆变电路的开关频率选择在第二谐振电路的下谐振区域，低于谐振点1/sqrt(Lres2*Cres2)，但高于谐振点1/sqrt((Lres2+Lm)*Cres2))，其中Lm为变压器的励磁电感。优选地，还包括旁路开关组控制单元，该单元配置为依据所述变换器的功率传输方向，控制旁路开关组旁路第一谐振电路或第二谐振电路。优选地，所述第一旁路开关和所述第二旁路开关均由包含开关管的旁路电路构成。优选地，所述第一旁路开关，由两个开关管S5、S6反向串联组成，S5的源极连接S6的源极；将S5的漏极和S6的漏极分别接到第一谐振电路中Lres1、Cres1串联电路的两端；或者由S5和S6各反向串联一个二极管，再并联组成；S5的源极连接二极管D5的正极，S6的源极连接二极管D6的正极，S5的漏极连接二极管D6的负极，S6的漏极连接二极管D5的负极；将S5的漏极和S6的漏极分别接到第一谐振电路中Lres1、Cres1串联电路的两端。优选地，所述第二旁路开关，由两个开关管S7、S8反向串联组成，S7的源极连接S8的源极；将S7的漏极和S8的漏极分别接到第二谐振电路中Lres2、Cres2串联电路的两端；或者由S7和S8各反向串联一个二极管，再并联组成；S7的源极连接二极管D7的正极，S7的源极连接二极管D7的正极，S8的漏极连接二极管D8的负极，S8的漏极连接二极管D8的负极将S7的漏极和S8的漏极分别接到第二谐振电路中Lres2、Cres2串联电路的两端。优选地，所述第一旁路开关和第二旁路开关为继电器。优选地，所述第一整流/逆变电路，为全桥或半桥开关电路。优选地，所述第二整流/逆变电路，为全桥或半桥开关电路。优选地，组成所述第一旁路开关和所述第二旁路开关的开关管，为MOSFET(MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor，金属氧化物半导体型场效应管)、IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)、SIC(SIliconCarbide，碳化硅)或GAN(GAlliumNitride，氮化镓)开关管中的任意一种。在本专利技术的变换器中，在正向输送功率时，将第二谐振电路中的谐振电感和谐振电容旁路掉；反向输送功率时，将第一谐振电路中的谐振电感和谐振电容旁路掉；这样做，能够减少感性损耗和容性损耗，提高了能量传输的效率，并且在一定程度上抑制寄生参数的影响。本专利技术拓扑无论正向还是反向，在进行功率传输时，其频率增益曲线都是单调的，保证了系统的可控性，利于反馈环路的设计。方案1、一种双向DC/DC功率变换器，包括第一整流/逆变电路、第一谐振电路、变压器、第二整流/逆变电路，所述第一谐振电路设置于第一整流/逆变电路的交流侧；其特征在于，还包括第二谐振电路，以及旁路开关组；所述第一整流/逆变电路的直流侧为所述功率变换器的电源输入/输出端，对应的第二整流/逆变电路的直流侧为所述功率变换器的电源输出/输入端；所述第二谐振电路设置于第二整流/逆变电路的交流侧；所述旁路开关组，配置为在正向输送功率时，将第二谐振电路旁路；在反向输送功率时，将第一谐振电路旁路。方案2、根据方案1所述的变换器，其特征在于，所述旁路开关组包括：第一旁路开关和第二旁路开关；所述第一旁路开关与所述第一谐振电路并联；所述第二旁路开关与所述第二谐振电路并联。方案3、根据方案2所述的变换器，其特征在于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双向DC/DC功率变换器，包括第一整流/逆变电路、第一谐振电路、变压器、第二整流/逆变电路，所述第一谐振电路设置于第一整流/逆变电路的交流侧；其特征在于，还包括第二谐振电路，以及旁路开关组；所述第一整流/逆变电路的直流侧为所述功率变换器的电源输入/输出端，对应的第二整流/逆变电路的直流侧为所述功率变换器的电源输出/输入端；所述第二谐振电路设置于第二整流/逆变电路的交流侧；所述旁路开关组，配置为在正向输送功率时，将第二谐振电路旁路；在反向输送功率时，将第一谐振电路旁路。

【技术特征摘要】
1.一种双向DC/DC功率变换器，包括第一整流/逆变电路、第一谐振电路、变压器、第二整流/逆变电路，所述第一谐振电路设置于第一整流/逆变电路的交流侧；其特征在于，还包括第二谐振电路，以及旁路开关组；所述第一整流/逆变电路的直流侧为所述功率变换器的电源输入/输出端，对应的第二整流/逆变电路的直流侧为所述功率变换器的电源输出/输入端；所述第二谐振电路设置于第二整流/逆变电路的交流侧；所述旁路开关组，配置为在正向输送功率时，将第二谐振电路旁路；在反向输送功率时，将第一谐振电路旁路。2.根据权利要求1所述的变换器，其特征在于，所述旁路开关组包括：第一旁路开关和第二旁路开关；所述第一旁路开关与所述第一谐振电路并联；所述第二旁路开关与所述第二谐振电路并联。3.根据权利要求2所述的变换器，其特征在于，正向输送功率时，所述第一整流/逆变电路工作于高频逆变模式，所述第二整流/逆变电路工作于高频整流模式；所述第一旁路开关为截止状态，所述第二旁路开关为导通状态。4.根据权利要求3所述的变换器，其特征在于，反向输送功率时，所述第二整流/逆变电路工作于高频逆变模式，所述第一整流/逆变电路工作于高频整流模式；所述第一旁路开关为导通状态，所述第二旁路开关为截止状态。5.根据权利要求4所述的变换器，其特征在于，正向输送功率时，第一整流/逆变电路的开关频率选择在电路谐振点附近。6.根据权利要求5所述的变换器，其特征在于，反向输送功率时，第二整流/逆变电路的开关频率选择在电路谐振点附近。7.根据权利要求6所述的变换器，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈小宇，
申请(专利权)人：上海蔚来汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31