适应变压器高寄生参数的恒流谐振型直流变换电路及方法技术

本发明专利技术公开一种适应变压器高寄生参数的恒流谐振型直流变换电路及方法，其包含逆变电路、谐振电路、补偿电路和整流电路；逆变电路使与逆变电路连接的原电源输入电流信号逆变为交流信号；谐振电路接收逆变电路提供的交流信号；补偿电路设有变压器模型电路、用于补偿变压器模型电路消耗的感性无功的第一补偿电容和用于补偿变压器模型电路的电流精度的第二补偿电容；整流电路将补偿电路输出的交流信号转换成直流信号；直流信号是不随负载电阻的变化而改变；本发明专利技术的电路输出电流不随负载的变化而变化，在补偿电容的作用下，补偿了变压器带来的感性分量，减小了系统的无功，增加了电路运行的效率，改善了输出电流精度差的问题。

【技术实现步骤摘要】
适应变压器高寄生参数的恒流谐振型直流变换电路及方法
本专利技术涉及恒流谐振型直流变换系统设计领域，特别涉及一种适应变压器高寄生参数的恒流谐振型直流变换电路及方法。
技术介绍
随着蓄电池组应用于各种大功率运输系统中，包括汽车、船舶、航空航天等领域，随着功率、电压等级的不断提升，蓄电池组的充电电压越来越高，传统的电压源型拓扑应用于高压蓄电池组充电往往遇到以下几种困境：(1)高压蓄电池组充电电压很高，应用电压源型拓扑需要较大增益，单级变换难度很大，两级变换效率较低。(2)蓄电池充电时大部分时间处于恒流充电状态，将电压源型拓扑应用于恒流工作状态，难以工作于最佳工作点，工作效率较低。应用恒电流型拓扑则解决了该问题。采用恒流拓扑为高压蓄电池组充电，设计合适的充电电流即可，无需考虑电压增益问题，单级变换即可适应应用需求。而且电流源型变换器恒流输出时，可以设计在最佳工作点，保证了工作效率。因此恒电流型拓扑应用于高压蓄电池组充电场合具有重要意义。但是现有技术中的LCL型恒流谐振拓扑设计的过程将变压器等效为理想模型，如图1所示，在现有技术中的LCL恒流谐振电路中，在输入电压Udc和输出电压V0中设有逆变电路、LCL导抗变换网络和理想变压器模型。在实际电路中变压器具有漏感和励磁电感为主的寄生参数，因此影响电路输出电流精度，而且由于变压器漏感带来的感性分量，电路无功较大，影响了电路效率。本专利技术是针对现有技术的LCL型谐振电路的基础新型的适用于变压器高寄生参数的恒流谐振型直流变换拓扑设计。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种适应变压器高寄生参数的恒流谐振型直流变换电路及方法，其是一种基于补偿电容原理的恒流谐振变换系统改进电路，可提高电流输出精度和提高系统效率，使得恒流谐振变换技术更好地应用于高寄生参数的变压器。为达到上述目的，本专利技术的一种适应变压器高寄生参数的恒流谐振型直流变换电路，其包含：逆变电路，其包含若干个逆变模块，使与所述逆变电路连接的原电源输入电压信号逆变为交流电压信号；谐振电路，其与逆变电路连接，接收所述逆变电路提供的交流电压信号；所述谐振电路设有谐振电感和谐振电容，使交流电压信号转换为交流电流信号；补偿电路，其与所述谐振电路连接；所述补偿电路设有变压器、用于补偿变压器消耗的感性无功的第一补偿电容和用于补偿变压器的电流精度的第二补偿电容；所述第一补偿电容设置在变压器的原边一侧，所述第二补偿电容设置在变压器的副边一侧；整流电路，其与补偿电路连接，将所述补偿电路输出的交流电流信号转换成直流电流信号，并输出至负载电阻。优选地，所述谐振电容与所述谐振电感串联；所述谐振电容的计算公式为：其中，Lp为谐振电感；Cp为谐振电容；ωo为谐振频率。优选地，所述变压器包含原边自感和副边自感，所述副边自感等于变压器的励磁电感加上变压器的副边漏感之和；所述第一补偿电容、所述谐振电感与变压器原边一侧的支路为串联；变压器原边一侧与所述谐振电感串联所形成的支路与所述谐振电容并联；所述第二补偿电容与变压器副边一侧的支路为串联，所述第二补偿电容与所述整流电路和负载电阻均并联。优选地，所述若干个逆变模块分别为：第一逆变模块、第二逆变模块、第三逆变模块和第四逆变模块；第一逆变模块、第三逆变模块串联，第二逆变模块和第四逆变模块串联；且第一逆变模块和第三逆变模块串联所在的支路与第二逆变模块和第四逆变模块串联串联所在的支路为并联连接；每个逆变模块设有逆变开关管、逆变二级管和逆变电容，任意一开关管分别对应地与逆变二级管和逆变电容并联。优选地，所述负载电阻接收的直流电流信号是不随负载电阻的变化而变化的恒流信号；所述负载电阻输出的直流电流Io的计算公式为：Lm为变压器的励磁电感数值，ωo为谐振频率；Lr2为副边漏感数值；Lp1为谐振电感数值；Udc为原输入电压值；θ为移相角。优选地，所述第二补偿电容的计算公式为：C2为第二补偿电容值，ωo为谐振频率，L2为变压器的副边自感。优选地，所述第一补偿电容的计算公式为：Cp为谐振电容的数值，C1为第一补偿电容值，Lr1为变压器的原边自感。优选地，恒流谐振型直流变换电路适用于高压蓄电池组充电系统。优选地，变压器为松耦合变压器。本专利技术还提供了一种采用上文所述的一种恒流谐振型直流变换电路的设计方法，该方法的步骤为：S1：根据应用的系统的要求，预估谐振频率ωo，可得：ωo＝2πfo；其中，f0是逆变电路的开关管的工作周期；S2：测量变压器的副边自感L2的值，计算第二补偿电容C2，可得：S3：设定输出电流io的值，并根据该输出电流io来计算谐振电路的谐振电感Lp和谐振电容Cp，可得：其中，θ为移相角，Lm为变压器的励磁电感，udc为逆变电路的原直流输入电压；S4：计算第一补偿电容C1的值：Lr1为变压器的原边自感。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术的电路拓扑具有开环情况下恒流输出的能力；(2)本专利技术公开的电路拓扑设计简单，可靠实用；(3)本专利技术在变压器寄生参数较高时依然能够保持较高的开环恒流输出精度；(4)本专利技术的电路可应用于高压蓄电池组充电，可解决电压源型拓扑升压增益不足的问题。附图说明图1为现有技术的恒流谐振拓扑示意图；图2本专利技术的新型恒流谐振直流变换电路示意图；图2a本专利技术等效的恒流谐振拓扑示意图；图3本专利技术的新型的恒流谐振拓扑的具体示意图；图4本专利技术的变压器一次侧等效电路；图5本专利技术的变压器二次侧等效电路；图6本专利技术的新型恒流谐振电路恒流的频率与电流的特性仿真分析图；图7本专利技术的新型恒流谐振电路恒流的频率与相位的特性仿真分析图。具体实施方式本专利技术提供了一种适应变压器高寄生参数的恒流谐振型直流变换电路及方法，为使本专利技术更加明显易懂，以下结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步说明。本专利技术的适应变压器高寄生参数的恒流谐振型直流变换电路，其可应用于高压蓄电池组充电，如图2所示。其中，图2a是图2的一种等效电路示意图，是为方便分析电路。如图2和图2a所示，本专利技术在输入电压Udc和输出电压U0之间设有逆变电路、谐振电路(即LCL导抗变换网络)、补偿电路和整流电路。图2a中主要将图2中的谐振电路和补偿电路进行等效。如图3所示，本专利技术包含四个相同电路结构的逆变模块，分别为第一逆变模块11、第二逆变模块12、第三逆变模块13和第四逆变模块14。其中，第一逆变模块11和第三逆变模块13串联，第二逆变模块12和第四逆变模块14串联；且第一逆变模块11和第三逆变模块13串联所在的支路与第二逆变模块12和第四逆变模块串联14串联所在的支路为并联连接。上述的每个逆变模块设有：场效应管、二级管和电容；二级管与场效应管的漏级和源级之间反接并联该二级管。其中，在第一逆变模块11中，第一场效应管的漏级端Q1和第一二级管的负极端D1连接；且第一场效应管的漏级和源级之间还并联有第一电容Cq2。在第二逆变模块12中，第二场效应管的漏级端Q2和第二二级管的负极端D2连接；且第二场效应管的漏级和源级之间还并联有第二电容Cq2。在第三逆变模块13中，第三场效应管的漏级端Q3和第三二级管的负极端D3连接；且第三场效应管的漏级和源级之间还并联有第三电容Cq3。在第四逆变模块14中，第四场效应管的漏级端Q4和第四二级管的负极端D4连接；且第四场效应管的漏级本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适应变压器高寄生参数的恒流谐振型直流变换电路，其特征在于，其包含：逆变电路，其包含若干个逆变模块，使与所述逆变电路连接的原电源输入电压信号逆变为交流电压信号；谐振电路，其与逆变电路连接，接收所述逆变电路提供的交流电压信号；所述谐振电路设有谐振电感和谐振电容，使交流电压信号转换为交流电流信号；补偿电路，其与所述谐振电路连接；所述补偿电路设有变压器、用于补偿变压器消耗的感性无功的第一补偿电容和用于补偿变压器的电流精度的第二补偿电容；所述第一补偿电容设置在变压器的原边一侧，所述第二补偿电容设置在变压器的副边一侧；整流电路，其与补偿电路连接，将所述补偿电路输出的交流电流信号转换成直流电流信号，并输出至负载电阻。

【技术特征摘要】
1.一种适应变压器高寄生参数的恒流谐振型直流变换电路，其特征在于，其包含：逆变电路，其包含若干个逆变模块，使与所述逆变电路连接的原电源输入电压信号逆变为交流电压信号；谐振电路，其与逆变电路连接，接收所述逆变电路提供的交流电压信号；所述谐振电路设有谐振电感和谐振电容，使交流电压信号转换为交流电流信号；补偿电路，其与所述谐振电路连接；所述补偿电路设有变压器、用于补偿变压器消耗的感性无功的第一补偿电容和用于补偿变压器的电流精度的第二补偿电容；所述第一补偿电容设置在变压器的原边一侧，所述第二补偿电容设置在变压器的副边一侧；整流电路，其与补偿电路连接，将所述补偿电路输出的交流电流信号转换成直流电流信号，并输出至负载电阻。2.如权利要求1所述的一种恒流谐振型直流变换电路，其特征在于，所述谐振电容与所述谐振电感串联；所述谐振电容的计算公式为：其中，Lp为谐振电感；Cp为谐振电容；ωo为谐振频率。3.如权利要求2所述的一种恒流谐振型直流变换电路，其特征在于，所述变压器包含原边自感和副边自感，所述副边自感等于变压器的励磁电感加上变压器的副边漏感之和；所述第一补偿电容、所述谐振电感与变压器原边一侧的支路为串联；变压器原边一侧与所述谐振电感串联所形成的支路与所述谐振电容并联；所述第二补偿电容与变压器副边一侧的支路为串联，所述第二补偿电容与所述整流电路和负载电阻均并联。4.如权利要求1所述的一种恒流谐振型直流变换电路，其特征在于，所述若干个逆变模块分别为：第一逆变模块(11)、第二逆变模块(12)、第三逆变模块(13)和第四逆变模块(14)；第一逆变模块(11)和第三逆变模块(13)串联，第二逆变模块(12)和第四逆变模块(14)串联；且第一逆变模块(11)和第三逆变模块(13)串联所在的支路与第二逆变模块(12)和第四逆变模块串联(14)串联所在的支路为并联连接；每个逆变模块设有逆变开关管、逆变二级管和逆变电容，任意一开关管分别对应地与逆变二级管和逆变电容并联。5.如权利要求3所述的一种恒流谐振型直流变换电路，其特征在于，所述负载电阻接收的直流电...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨楠，蓝建宇，朱春晓，谢伟，何小斌，
申请(专利权)人：上海空间电源研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31