一种双向谐振变换电路、变换器及其控制方法技术

本发明专利技术提供一种双向谐振变换电路、变换器及其控制方法，可变结构的双向谐振变换电路包括依次相连接的第一滤波电路、第一全桥电路、谐振变换电路、第二全桥电路和第二滤波电路，谐振变换电路的原边和副边分别设置有谐振电容，并通过开关分别对其进行通断处理。控制方法包括根据能量流向使全桥电路进入主动开关模式或二极管模式，和使开关分别处于闭合或阻断状态。继而实现能量的高效双向变换，通过可变化结构的双向全桥谐振直流/直流变换器及其控制方法更加具备实用性。

Bidirectional resonant conversion circuit, converter and control method thereof

The present invention provides a bidirectional resonant converter, converter and control method of bidirectional resonant converters and variable structure includes a first filter circuit is connected with the first circuit, full bridge resonant converter, full bridge circuit second and second filter circuit, the resonant circuit to change the primary side and secondary side are respectively provided with resonance through the switch capacitance, and separately carried on the on-off handle. The control method includes enabling the full bridge circuit to enter the active switching mode or the diode mode according to the energy flow direction and to make the switches in a closed or blocking state respectively. Then, the energy efficient bidirectional transformation is realized, and the utility model has the practicability of the bidirectional full bridge resonant DC / DC converter and the control method of the variable structure.

【技术实现步骤摘要】
一种双向谐振变换电路、变换器及其控制方法
本专利技术涉及直流电源变换技术，尤其涉及一种可变结构双向谐振变换电路、一种双向全桥谐振直流/直流变换器，以及该变换器的控制方法。
技术介绍
在新能源光伏系统、储能系统以及电动汽车充电系统等多种应用场合，要求电能变换器中的能量可以双向流动，能量即可以由电网流向电池等储能单元，实现电能的存储，同时，又要求能量可以从储能单元流向电网或单独以交流电源的形式输出，实现电网电能的调节或者满足离网条件下电能的使用。出于安全性考虑，这种双向能量变换系统最好能实现输入输出的电气隔离。目前，非隔离的交直流变换电路已经非常成熟，可以很方便的实现交流电与中间直流单元的非隔离能量双向流动。因此，如何实现电能高效的隔离直流/直流变换，从而实现中间直流单元与储能单元的隔离双向能量变换，是当前急需解决的一个现实问题。传统的推挽、半桥以及全桥等硬开关形式变换器只要将副边整流二极管更换为开关管，就可以简单方便地实现电路的双向变换。但这些硬开关电路由于开关损耗过大，变换效率较低，不适合于大功率和高频应用场合。特别地，移相全桥电路形式可以实现原边开关管的软开通，同时也可以通过将副边整流二极管更换为开关管而简单方便地实现电路的双向变换。但其有两个致命的弱点：一是副边整流管不能实现零电流关断，二是轻载情况下原边开关管也不能实现零电流开通。这也限制了移相全桥电路在隔离双向直流变换领域的应用。谐振变换电路尤其是LLC谐振变换电路是近几年快速发展起来的一种软开关电路拓扑。一方面，不论在轻载还是重载条件下，LLC电路都可以很容易实现原边开关管的零电流开通；另一方面，LLC电路可以实现副边整流二极管的零电流关断，降低了反向恢复损耗。这些都大大减小了电路中开关元件的开关损耗，成为目前较为流行的开关电源拓扑形式。但是，LLC电路不是一种对称的电路拓扑形式，当能量反方向流动时，其电路特性不再是LLC谐振特性而是退化为LC谐振特性，从而大大降低了反向工作时的工作范围以及加剧了开关管实现软开关的难度。因此，传统的LLC谐振电路并不太适合于工作在能量双向流动的状态。
技术实现思路
本专利技术的第一目的是提供一种具有可变结构的双向谐振变换电路。本专利技术的第二目的是提供一种具有可变结构的且能双向稳定变换工作的双向全桥谐振直流/直流变换器。本专利技术的第三目的是提供一种具有可变结构的且能双向稳定变换工作的双向全桥谐振直流/直流变换器的控制方法。为了实现本专利技术的第一目的，本专利技术提供一种双向谐振变换电路，包括依次相连接的第一滤波电路、第一全桥电路、谐振变换网络、第二全桥电路和第二滤波电路；谐振变换网络包括第一谐振电感、绕组、第一谐振电容、第二谐振电容、第一开关模块和第二开关模块；第一谐振电容的第一端与第一全桥电路的第一桥臂电连接，第一谐振电感连接在第一谐振电容的第二端和绕组的第一正极端之间，第一开关模块连接在第一谐振电容的第一端和第二端之间，绕组的第一负极端和第一全桥电路的第二桥臂电连接；第二谐振电容连接在绕组的第二正极端和第二全桥电路的第一桥臂之间，第二开关模块连接在第二谐振电容的两端之间，绕组的第二负极端与第二全桥电路的第二桥臂电连接。更进一步的方案是，在第一开关模块处于阻断状态，第二开关模块处于闭合状态下，谐振变换网络的等效电路为：第一谐振电容的第一端与第一全桥电路的第一桥臂电连接，第一谐振电感连接在第一谐振电容的第二端和绕组的第一正极端之间，绕组的第一负极端和第一全桥电路的第二桥臂电连接；绕组的第二正极端与第二全桥电路的第一桥臂电连接，绕组的第二负极端与第二全桥电路的第二桥臂电连接。更进一步的方案是，在第一开关模块处于闭合状态，第二开关模块处于阻断状态下，谐振变换网络的等效电路为：绕组的第一正极端与第一全桥电路的第一桥臂电连接，绕组的第一负极端与第一全桥电路的第二桥臂电连接；第二谐振电容的第一端与第二全桥电路的第一桥臂电连接，第一谐振电感的等效谐振电感连接在第二谐振电容的第二端和绕组的第二正极端之间，绕组的第二负极端和第二全桥电路的第二桥臂电连接。由上述方案可见，根据所需能量传输方向的不同，控制可控开关模块分别将原边谐振电容或者副边谐振电容短路，从而使电路还原成实现所需方向能量传输的传统LLC谐振电路，并利用等效电路解决了传统LLC谐振变换电路不能反向同等性能工作的问题，仅仅通过增加一组谐振电容和两个可控开关等少数简单的器件，就实现了电路的双向LLC谐振能量传输。为了实现本专利技术的第二目的，本专利技术提供一种双向全桥谐振直流/直流变换器，其特征在于：包括依次相连接的第一滤波电路、第一全桥电路、谐振变换电路、第二全桥电路和第二滤波电路；双向谐振变换电路还包括控制单元，控制单元分别与第一滤波电路、第二滤波电路电连接；第一全桥电路的第一桥臂由第一开关管和第二开关管构成，第一开关管的源极与第二开关管的漏极连接，第一全桥电路的第二桥臂由第三开关管和第四开关管构成，第三开关管的源极与第四开关管的漏极连接，第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管的栅极分别与控制单元连接；第二全桥电路的第一桥臂由第五开关管和第六开关管构成，第五开关管的源极与第六开关管的漏极连接，第二全桥电路的第二桥臂由第七开关管和第八开关管构成，第七开关管的源极与第八开关管的漏极连接，第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管的栅极分别与控制单元连接；谐振变换网络包括第一谐振电感、绕组、第一谐振电容、第二谐振电容、第一开关模块和第二开关模块；第一谐振电容的第一端与第一开关管的源极电连接，第一谐振电感连接在第一谐振电容的第二端和绕组的第一正极端之间，第一开关模块连接在第一谐振电容的第一端和第二端之间，绕组的第一负极端和第三开关管的源极电连接；第二谐振电容连接在绕组的第二正极端和第五开关管的源极之间，第二开关模块连接在第二谐振电容的两端之间，绕组的第二负极端与第七开关管的源极电连接。由上述方案可见，通过控制两侧的全桥电路的开关管，可使全桥电路处于主动开关模式或二极管模式。当能量从第一滤波电路流向第二滤波电路时，则可将第一全桥电路处于主动开关模式，根据能量传输的需求进行开关频率、相位或占空比的调节，而将第二全桥电路处于二极管模式，使得第二全桥电路作为整流电路使用，继而实现能量的变换。而反向时，则将模式对调即可实现双向变换的目的，使得电路更加具备实用性。以及通过利用绕组实现隔离对称双向LLC谐振变换，起两个直流端口电气隔离的作用。同时利用两侧的开关的开闭，实现谐振变换网络的结构可变化，实现在正向或反相能量传递时谐振变换网络能够良好地进行匹配，解决传统LLC谐振变换电路工作在能量反向流动状态时其电路特性退化为LC谐振状态的问题，从而使变换器双向工作时都能保持一致的LLC谐振特性，这样不论正向和反向工作，变换器都很容易保持原有的软开关工作特性以及较宽的工作范围。更进一步的方案是，谐振变换网络还包括储能电感，储能电感连接在第一正极端和第一负极端之间。更进一步的方案是，谐振变换网络还包括第二谐振电感，第二谐振电感串联连接在第二谐振电容和绕组的第一正极端之间。由于正反向工作时的谐振参数还是有一定差别的，为了保证正反向工作时的谐振参数也保持基本一致，故增设第二谐振电感。更进一步的方案是，第一开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双向谐振变换电路，其特征在于：包括依次相连接的第一滤波电路、第一全桥电路、谐振变换网络、第二全桥电路和第二滤波电路；所述谐振变换网络包括第一谐振电感、绕组、第一谐振电容、第二谐振电容、第一开关模块和第二开关模块；所述第一谐振电容的第一端与所述第一全桥电路的第一桥臂电连接，所述第一谐振电感连接在所述第一谐振电容的第二端和所述绕组的第一正极端之间，所述第一开关模块连接在所述第一谐振电容的第一端和第二端之间，所述绕组的第一负极端和所述第一全桥电路的第二桥臂电连接；所述第二谐振电容连接在所述绕组的第二正极端和所述第二全桥电路的第一桥臂之间，所述第二开关模块连接在所述第二谐振电容的两端之间，所述绕组的第二负极端与所述第二全桥电路的第二桥臂电连接。

【技术特征摘要】
1.一种双向谐振变换电路，其特征在于：包括依次相连接的第一滤波电路、第一全桥电路、谐振变换网络、第二全桥电路和第二滤波电路；所述谐振变换网络包括第一谐振电感、绕组、第一谐振电容、第二谐振电容、第一开关模块和第二开关模块；所述第一谐振电容的第一端与所述第一全桥电路的第一桥臂电连接，所述第一谐振电感连接在所述第一谐振电容的第二端和所述绕组的第一正极端之间，所述第一开关模块连接在所述第一谐振电容的第一端和第二端之间，所述绕组的第一负极端和所述第一全桥电路的第二桥臂电连接；所述第二谐振电容连接在所述绕组的第二正极端和所述第二全桥电路的第一桥臂之间，所述第二开关模块连接在所述第二谐振电容的两端之间，所述绕组的第二负极端与所述第二全桥电路的第二桥臂电连接。2.根据权利要求1所述的变换电路，其特征在于：在所述第一开关模块处于阻断状态，所述第二开关模块处于闭合状态下，所述谐振变换网络的等效电路为：所述第一谐振电容的第一端与所述第一全桥电路的第一桥臂电连接，所述第一谐振电感连接在所述第一谐振电容的第二端和所述绕组的第一正极端之间，所述绕组的第一负极端和所述第一全桥电路的第二桥臂电连接；所述绕组的第二正极端与所述第二全桥电路的第一桥臂电连接，所述绕组的第二负极端与所述第二全桥电路的第二桥臂电连接。3.根据权利要求1所述的变换电路，其特征在于：在所述第一开关模块处于闭合状态，所述第二开关模块处于阻断状态下，所述谐振变换网络的等效电路为：所述绕组的第一正极端与所述第一全桥电路的第一桥臂电连接，所述绕组的第一负极端与所述第一全桥电路的第二桥臂电连接；所述第二谐振电容的第一端与所述第二全桥电路的第一桥臂电连接，所述第一谐振电感的等效谐振电感连接在所述第二谐振电容的第二端和所述绕组的第二正极端之间，所述绕组的第二负极端和所述第二全桥电路的第二桥臂电连接。4.一种双向全桥谐振直流/直流变换器，其特征在于：包括依次相连接的第一滤波电路、第一全桥电路、谐振变换电路、第二全桥电路和第二滤波电路；所述谐振变换电路还包括控制单元和谐振变换网络，所述控制单元分别与所述第一滤波电路、所述第二滤波电路电连接；所述第一全桥电路的第一桥臂由第一开关管和第二开关管构成，所述第一开关管的源极与所述第二开关管的漏极连接，所述第一全桥电路的第二桥臂由第三开关管和第四开关管构成，所述第三开关管的源极与所述第四开关管的漏极连接，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管和所述第四开关管的栅极分别与所述控制单元连接；所述第二全桥电路的第一桥臂由第五开关管和第六开关管构成，所述第五开关管的源极与所述第六开关管的漏极连接，所述第二全桥电路的第二桥臂由第七开关管和第八开关管构成，所述第七开关管的源极与所述第八开关管的漏极连接，所述第五开关管、所述第六开关管、所述第七开关管和所述第八开关管的栅极分别与所述控制单元连接；所述谐振变换网络包括第一谐振电感、绕组、第一谐振电容、第二谐振电容、第一开关模块和第二开关模块；所述第一谐振电容的第一端与所述第一开关管的源极电连接，所述第一谐振电感连接在所述第一谐振电容的第二端和所述绕组的第一正极端之间，所述第一开关模块连接在所述第一谐振电容的第一端和第二端之间，所述绕组的第一负极端和所述第三开关管的源极电连接；所述第二谐振电容连接在所述绕组的第二正极端和所述第五开关管的源极之间，所述第二开关模块连接在所述第二谐振电容的两端之间，所述绕组的第二负极端与所述第七开关管的源极电连接。5.根据权利要求4所述的变换器，其特征在于：所述谐振变换网络还包...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜桂宾，
申请(专利权)人：珠海英搏尔电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44