一种基于交错并联结构的高升压比双向DC/DC变换器制造技术

一种基于交错并联结构的高升压比双向DC/DC变换器，属于电压变换领域。解决了传统的双向DC/DC功率变换器电压调整范围较小、输出效率低和输出电压纹波大的问题。本发明专利技术包括3个双向DC/DC变换器单体，且3个双向DC/DC变换器单体并联连接；3个双向DC/DC变换器单体中的耦合电感Lr缠绕在同一铁芯上。所述的双向DC/DC变换器单体要有五部分构成，即：低压侧电路、高压侧电路、过渡电路、钳位电路以及降压开关电路。本发明专利技术主要用于在高、低电压间进行电压转换。

【技术实现步骤摘要】
一种基于交错并联结构的高升压比双向DC/DC变换器
本专利技术属于电压变换领域。
技术介绍
由于直流输电技术的成熟，直流输电本身具有的远距离、大功率、利于电网互联等特性日益展现，但同时直流输电的弊端也得到放大。直流输电母线与直流负载、直流电源之间的匹配往往比较难，因此就需要双向DC/DC变换器进行电压的变换。目前市面上的DC/DC变换器已经可以满足直流输电领域的基本要求，但是目前的双向DC/DC变换器仍存在以下几大问题：1、传统的双向DC/DC功率变换器电压调整范围较小，在占空比较大或较小的极端情况下功率变换器的效率会比较低，因此便失去了直流输电的意义。2、传统的双向DC/DC功率变换器多采用全桥结构或Buck/Boost结构。传统的拓扑结构存在开关器件多、控制困难、体积庞大、电路建模困难等缺点，同时变换器的运行可靠性较低。3、传统的双向DC/DC功率变换器直流输出纹波较大，不符合多数直流用电器纹波要求。4、为了降低直流输出的电压纹波，目前也存在交错并联结构的双向DC/DC变换器，但目前的交错并联结构中，并联单元均流比较困难，降低运行可靠性。
技术实现思路
本专利技术是为了解决传统的双向DC/DC功率变换器电压调整范围较小、输出效率低和输出电压纹波大的问题，本专利技术提供了一种基于交错并联结构的高升压比双向DC/DC变换器。一种基于交错并联结构的高升压比双向DC/DC变换器，它包括3个双向DC/DC变换器单体，且3个双向DC/DC变换器单体并联连接；所述的每个双向DC/DC变换器单体包括电感L1、电感L2、电感Ls、电感LP、电容C1、电容C2、二极管D1至D4、功率开关管S1、功率开关管S2和功率开关管S3；电感L2的一端与电感LP的一端连接，电感L2的另一端与二极管D2的阴极和功率开关管S2的负端同时连接；电感LP的另一端与电感Ls的一端、二极管D1的阳极、功率开关管S1的正端同时连接；电感Ls的另一端与电容C2的一端连接，电容C2的另一端与二极管D3的阴极、功率开关管S2的正端和功率开关管S3的负端同时连接；二极管D1的阴极与电容C1的一端和电感L1的一端同时连接，电感L1的另一端与二极管D3的阳极和二极管D4的阴极同时连接；功率开关管S1的负端与二极管D2的阳极、电容C1的另一端和二极管D4的阳极同时连接；电感LP和电感Ls构成耦合电感Lr，且电感LP为耦合电感Lr的原边，电感Ls为耦合电感Lr的副边；所述的电感L2的一端和功率开关管S1的负端分别用于接入低压侧电源VL的正、负极；所述的功率开关管S3的正端和二极管D4的阳极分别用于接入高压侧电源VH的正、负极；3个双向DC/DC变换器单体中的耦合电感Lr缠绕在同一铁芯上。所述的一种基于交错并联结构的高升压比双向DC/DC变换器，还包括电容CL和电容CH；电容CL的两端分别接入低压侧电源VL的正、负极，电容CH的两端分别接入高压侧电源VH的正、负极。所述的功率开关管S1、功率开关管S2和功率开关管S3均为NMOS晶体管。本专利技术带来的有益效果是：(1)本专利技术所述的一种基于交错并联结构的高升压比双向DC/DC变换器可实现较高的变换效率，额定条件下双向变换器输出效率高于95.27％，且在大功率场合输出效率更高。同时变换器双向输出电压纹波均比较小，都小于±0.10％。(2)对本专利技术所述的一种基于交错并联结构的高升压比双向DC/DC变换器构成的三相系统进行小信号建模，忽略系统的高阶极点的作用，仅考虑系统中的主导极点，系统可以被简化为二阶系统。当电路工作于Boost模式时，简化后的系统传递函数的拟合度为91.43％，系统传递函数如式(10)，系统的波特图如图8所示。当电路工作于Buck模式时，简化后的系统传递函数的拟合度为91.88％，系统的传递函数如式(11)，系统的波特图如图9所示。根据图8与图9所示系统波特图，可以对系统实现补偿，进行闭环系统设计，算法设计较为简单。(3)变换器可以实现较大的升压比。在Buck模式下，选取不同的耦合电感变比，可以测得在占空比不同的情况下的升压比，如图10所示。从图10中可以看出，在不同N值的情况下变换器升压比的倒数较大，因此可以高效率地大范围的降压变换；同时在Boost模式不同耦合电感在不同占空比情况下的升压比如图11所示。从图11可以看出，变换器可以实现大范围的升压变换，同时在进行大范围变换时保持较高效率。附图说明图1为本专利技术所述的双向DC/DC变换器单体的结构示意图；图2为本专利技术所述的一种基于交错并联结构的高升压比双向DC/DC变换器的原理示意图；图3为在Buck模式下，功率开关管S1、功率开关管S2和功率开关管S3的控制策略图；其中，SG1为功率开关管S1的栅极接收的控制信号，SG2为功率开关管S2的栅极接收的控制信号，SG3为功率开关管S3的栅极接收的控制信号，VGS为功率开关管栅源极两端电压；图4为在Buck模式下，功率开关管S3作为功率变换开关时，双向DC/DC变换器单体(1)的波形图；其中，为耦合电感原边电流，为耦合电感副边电流，为流经电感L1的电流，为流经电感L2的电流，为开关管S1的漏源极电压，为流经开关管S1的电流，为开关管S2的漏源极电压，为流经开关管S2的电流，为开关管S3的漏源极电压，为流经开关管S3的电流；图5为在Boost模式下，功率开关管S1，与功率开关管S3在存在死区的条件下，互补控制的策略图；图6为在Boost模式下，双向DC/DC变换器单体(1)的波形图；图7为交错并联法的磁芯的简化示意图；图8为在Boost模式下系统波特图；图9为在Buck模式下系统波特图；图10为Buck模式下升压比曲线图；图11为Boost模式下升压比曲线图；图12为样机输出电压波形图；图13为本专利技术所述的一种基于交错并联结构的高升压比双向DC/DC变换器的输出效率。具体实施方式具体实施方式一：参见图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于交错并联结构的高升压比双向DC/DC变换器，它包括3个双向DC/DC变换器单体1，且3个双向DC/DC变换器单体1并联连接；所述的每个双向DC/DC变换器单体1包括电感L1、电感L2、电感Ls、电感LP、电容C1、电容C2、二极管D1至D4、功率开关管S1、功率开关管S2和功率开关管S3；电感L2的一端与电感LP的一端连接，电感L2的另一端与二极管D2的阴极和功率开关管S2的负端同时连接；电感LP的另一端与电感Ls的一端、二极管D1的阳极、功率开关管S1的正端同时连接；电感Ls的另一端与电容C2的一端连接，电容C2的另一端与二极管D3的阴极、功率开关管S2的正端和功率开关管S3的负端同时连接；二极管D1的阴极与电容C1的一端和电感L1的一端同时连接，电感L1的另一端与二极管D3的阳极和二极管D4的阴极同时连接；功率开关管S1的负端与二极管D2的阳极、电容C1的另一端和二极管D4的阳极同时连接；电感LP和电感Ls构成耦合电感Lr，且电感LP为耦合电感Lr的原边，电感Ls为耦合电感Lr的副边；所述的电感L2的一端和功率开关管S1的负端分别用于接入低压侧电源VL的正、负极；所述的功率开关管S3的正端和二极管D4的阳极分别用于接入高压侧电源VH的正、负极；3个双向DC/DC变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于交错并联结构的高升压比双向DC/DC变换器，其特征在于，它包括3个双向DC/DC变换器单体(1)，且3个双向DC/DC变换器单体(1)并联连接；所述的每个双向DC/DC变换器单体(1)包括电感L1、电感L2、电感Ls、电感LP、电容C1、电容C2、二极管D1至D4、功率开关管S1、功率开关管S2和功率开关管S3；电感L2的一端与电感LP的一端连接，电感L2的另一端与二极管D2的阴极和功率开关管S2的负端同时连接；电感LP的另一端与电感Ls的一端、二极管D1的阳极、功率开关管S1的正端同时连接；电感Ls的另一端与电容C2的一端连接，电容C2的另一端与二极管D3的阴极、功率开关管S2的正端和功率开关管S3的负端同时连接；二极管D1的阴极与电容C1的一端和电感L1的一端同时连接，电感L1的另一端与二极管D3的阳极和二极管D4的阴极同时连接；功率开关管S1的负端与二极管D2的阳极、电容C1的另一端和二极管D4的阳极同时连接；电感LP和电感Ls构成耦合电感Lr，且电感LP为耦合电感Lr的原边，电感Ls为耦合电感Lr的副边；所述的电感L2的一端和功率开关管S1的负端分别用于接入低压侧电源VL的正、负极；所述的功率开关管S3的正端和二极管D4的阳极分别用于接入高压侧电源VH的正、负极；3个双向DC/DC变换器单体(1)中的耦合电感Lr缠绕在同一铁芯上。...

【技术特征摘要】
1.一种基于交错并联结构的高升压比双向DC/DC变换器，其特征在于，它包括3个双向DC/DC变换器单体(1)，且3个双向DC/DC变换器单体(1)并联连接；所述的每个双向DC/DC变换器单体(1)包括电感L1、电感L2、电感Ls、电感LP、电容C1、电容C2、二极管D1至D4、功率开关管S1、功率开关管S2和功率开关管S3；电感L2的一端与电感LP的一端连接，电感L2的另一端与二极管D2的阴极和功率开关管S2的负端同时连接；电感LP的另一端与电感Ls的一端、二极管D1的阳极、功率开关管S1的正端同时连接；电感Ls的另一端与电容C2的一端连接，电容C2的另一端与二极管D3的阴极、功率开关管S2的正端和功率开关管S3的负端同时连接；二极管D1的阴极与电容C1的一端和电感L1的一端同时连接，电感L1的另一端与二极管D3的阳极和二极管D4的阴极同时连接；功率开关管S...

【专利技术属性】
技术研发人员：王懿杰，王浩宇，管乐诗，张相军，徐殿国，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23