一种高升压比级联电桥型阻抗网络DC/DC变换器及控制方法技术

本申请公开一种高升压比级联电桥型阻抗网络DC/DC变换器及控制方法。级联型DC/DC变换器包含电源V1、电源V2和N个功率变换单元；电源V1正极和负极，对应连接第1个功率变换单元输入端正极和负极；第2个功率变换单元输入端正极和负极，对应连接第1个功率变换单元输出端正极和负极；依次类推。还公开一种级联型DC/DC变换器的控制方法，通过控制双向开关，控制电路拓扑结构，实现DC/DC变换器串联谐振、并联谐振、双向功率流和单向功率流4种工作模式。功率开关具有软开关运行环境，实现能量双向功率流运行，同时具备升压倍数高、以及高效率的特点。

A High Boost Ratio Cascaded Bridge Type Impedance Network DC/DC Converter and Its Control Method

This application discloses a high boost ratio cascaded bridge impedance network DC/DC converter and control method. Cascaded DC/DC converter includes power supply V1, power supply V2 and N power conversion units; power supply V1 positive and negative poles, corresponding to the first power conversion unit input positive and negative poles; the second power conversion unit input positive and negative poles, corresponding to the first power conversion unit output positive and negative poles; and so on. A control method of cascaded DC/DC converter is also disclosed. By controlling bidirectional switch and circuit topology, four operation modes of DC/DC converter are realized: series resonance, parallel resonance, bidirectional power flow and unidirectional power flow. The power switch has soft switching operation environment, realizes energy bidirectional power flow operation, and has the characteristics of high boost ratio and high efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种高升压比级联电桥型阻抗网络DC/DC变换器及控制方法
本申请涉及燃料电池发电系统领域，尤其涉及一种级联型DC/DC变换器及控制方法。
技术介绍
近年来，由于环境污染和能源安全方面的考虑，电动汽车的研发得到了迅猛的发展。电动汽车包括纯电动汽车、混合动力车和燃料电池电动汽车三大类。燃料电池电动汽车被认为是二十一世纪电动汽车的最终发展方向，目前国内外企业界兴起了燃料电池电动汽车的研发热潮，DC/DC变换器是燃料电池电动汽车一项关键技术。现有技术燃料电池一般采用低压大电流系统，因此对燃料电池DC/DC变换器要求极高的升压比(大于10倍以上)，并且需要满足在整个运行工况内维持高的变换效率、以提高燃料电池车辆的能源利用效率。现有的燃料电池DC/DC变换器包括隔离式或非隔离式两种，非隔离式DC/DC变换器效率高、但升压比有效；隔离式DC/DC变换器可以提高升压比，但在整个运行工况内难以保证高的运行效率。因此大功率、高效、高升压比的燃料电池DC/DC变换器，具有良好的发展和应用前景。
技术实现思路
有鉴于此，本申请提供一种高升压比级联电桥型阻抗网络DC/DC变换器及控制方法，解决现有燃料电池升压比较低的问题。本申请实施例提供一种高升压比级联电桥型阻抗网络DC/DC变换器(简称“级联型DC/DC变换器”)，包括电源V1、电源V2和N个功率变换单元；电源V1的正极和负极，对应连接第1个功率变换单元输入端的正极和负极；所述N个功率变换单元首尾串联连接，第2个功率变换单元输入端的正极和负极，对应连接第1个功率变换单元输出端的正极和负极；依次类推，第N个功率变换单元输入端的正极和负极，分别与第N-1个功率变换单元输出端的正极和负极连接；电源V2的正极和负极，对应连接第N个功率变换单元输出端的正极和负极。优选地，所述功率变换单元，包括电桥型阻抗网络电路、半桥结构功率器件单元和直流电容；所述电桥型阻抗网络电路，包括第一电感、第一电容、第二电感、第二电容和双向开关，所述第一电感、第一电容、第二电感、第二电容顺序首尾串联连接，形成四个连接点，分别为A1、Pa1、B1和Pb1；所述双向开关，对角连接于A1和B1两个连接点，其余两个连接点Pa1和Pb1分别为所述阻抗网络电路的输入节点和输出节点；所述双向开关包括第一开关和第二开关，所述第一开关和第二开关均为电力电子功率开关；所述半桥结构功率器件单元的中点与所述电桥型阻抗网络电路的输出节点Pb1连接，半桥结构功率器件单元正极与直流电容正极连接,负极与直流电容负极连接；所述功率变换单元的输入端正极为所述Pa1连接点，输入端负极为所述直流电容负极，输出端正极和负极为所述直流电容的正极和负极。本申请实施例还提供一种高升压比级联电桥型阻抗网络DC/DC变换器的控制方法，通过导通、关断和动作所述第一开关或第二开关，控制电路的拓扑结构，实现DC/DC变换器的不同工作模式；关断所述N个功率变换单元所有的第一开关和第二开关，DC/DC变换器运行在串联谐振变换器工作状态；导通所述N个功率变换单元所有的第一开关和第二开关,所述DC/DC变换器运行在并联谐振变换器工作状态；动作所述N个功率变换单元所有的第一开关和第二开关，所述DC/DC变换器运行在双向功率流升压或降压型变换器工作状态；动作所述N个功率变换单元所有的第一开关且关断所有的第二开关，或者关断所述N个功率变换单元所有的第一开关且动作所有的第二开关，所述DC/DC变换器运行在单向功率流升压或降压型变换器工作状态。本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：组合结构电桥型阻抗网络DC/DC变换器同时具备升压倍数高，以及整个运行工况内维持高效率的特点，其升压倍数为电桥型阻抗网络功率变换单元升压倍数与隔离型全桥DC/DC变换器升压倍数的乘积；运行灵活，可以通过双向开关的动作使功率变换器运行在4种工作状态，能够运行在串联或并联谐振状态，实现软开关运行，提高系统变换效率；能够实现电源V1与电源V2间的功率双向流动。附图说明此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1为燃料电池电动汽车动力系统原理图；图2为本申请实施例提供的一种级联型DC/DC变换器结构示意图；图3为电桥型阻抗网络电路原理图；图4为一种功率变换单元结构示意图。具体实施方式为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。燃料电池车动力系统配置如图1所示，系统由燃料电池发动机(FCE)、DC/DC变换器、动力蓄电池(Battery)、逆变器(INVERTER)和交流电机(ACmotor)构成。燃料电池电压低且负载电流变化时输出电压发生较大变化，与电机逆变器输入电压不匹配，因此燃料电池发动机需要通过DC/DC变换器升压并稳压，再与动力蓄电池并联后共同给逆变器供电，从而带动电机运转。现有技术燃料电池一般采用低压大电流系统，因此对燃料电池DC/DC变换器要求极高的升压比(大于10倍以上)，并且需要满足在整个运行工况内维持高的变换效率、以提高燃料电池车辆的能源利用效率。图2为本申请实施例提供的一种级联型DC/DC变换器结构示意图。包括电源V1、电源V2和N个功率变换单元。所述功率变换单元是指调节电压电流大小的直流变换器，尤其在较大功率条件下使用。电源V1的正极和负极，对应连接第1个功率变换单元输入端的正极和负极；所述N个功率变换单元首尾串联连接，第2个功率变换单元输入端的正极和负极，对应连接第1个功率变换单元输出端的正极和负极；依次类推，第N个功率变换单元输入端的正极和负极，分别与第N-1个功率变换单元输出端的正极和负极连接；电源V2的正极和负极，对应连接第N个功率变换单元输出端的正极和负极。所述电源V1的正极连接于电桥型阻抗网络功率变换单元SM1输入端的正极IP1，电源V1的负极连接于电桥型阻抗网络功率变换单元SM1输入端的负极IN1；第2个电桥型阻抗网络功率变换单元SM2的输入端正极IP2与前面的第1个电桥型阻抗网络功率变换单元SM1的输出端正极OP1连接，第2个电桥型阻抗网络功率变换单元SM2的输入端负极IN2与前面的第1个电桥型阻抗网络功率变换单元SM1的输出端负极ON1连接；依次类推，第N个电桥型阻抗网络功率变换单元SMN的输入端正负极分别与第N-1个电桥型阻抗网络功率变换单元SMN-1的输出端正负极连接；电源2的正极连接于最后第N级电桥型阻抗网络功率变换单元SMN输出端的正极OPN，电源2的负极连接于最后第N级电桥型阻抗网络功率变换单元SMN输出端的负极ONN。当所述N个功率变换单元所有的第一开关和第二开关均关断，所述DC/DC变换器运行在串联谐振变换器工作状态；当所述N个功率变换单元所有的第一开关和第二开关均导通，所述DC/DC变换器运行在并联谐振变换器工作状态；当所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高升压比级联电桥型阻抗网络DC/DC变换器，其特征在于，包括电源V1、电源V2和N个功率变换单元；电源V1的正极和负极，对应连接第1个功率变换单元输入端的正极和负极；所述N个功率变换单元首尾串联连接，第2个功率变换单元输入端的正极和负极，对应连接第1个功率变换单元输出端的正极和负极；依次类推，第N个功率变换单元输入端的正极和负极，分别与第N‑1个功率变换单元输出端的正极和负极连接；电源V2的正极和负极，对应连接第N个功率变换单元输出端的正极和负极。

【技术特征摘要】
1.一种高升压比级联电桥型阻抗网络DC/DC变换器，其特征在于，包括电源V1、电源V2和N个功率变换单元；电源V1的正极和负极，对应连接第1个功率变换单元输入端的正极和负极；所述N个功率变换单元首尾串联连接，第2个功率变换单元输入端的正极和负极，对应连接第1个功率变换单元输出端的正极和负极；依次类推，第N个功率变换单元输入端的正极和负极，分别与第N-1个功率变换单元输出端的正极和负极连接；电源V2的正极和负极，对应连接第N个功率变换单元输出端的正极和负极。2.如权利要求1所述DC/DC变换器，其特征在于，所述功率变换单元，包括电桥型阻抗网络电路、半桥结构功率器件单元和直流电容；所述电桥型阻抗网络电路，包括第一电感、第一电容、第二电感、第二电容和双向开关，所述第一电感、第一电容、第二电感、第二电容顺序首尾串联连接，形成四个连接点，分别为A1、Pa1、B1和Pb1；所述双向开关，对角连接于A1和B1两个连接点，其余两个连接点Pa1和Pb1分别为所述阻抗网络电路的输入节点和输出节点；所述双向开关包括第一开关和第二开关，所述第一开关和第二开关均为电力电子功率开关；所述半桥结构功率器件单元的中点与所述电桥型阻抗网络电路的输出节点Pb1连接，半桥结构功率器件单元正极与直流电容正极连接,负极与直流电容负极连接；所述功率变换单元的输入端正极为所述Pa1连接点，输入端负极为所述直流电容负极，输出端正极和负极为所述直流电容的正极和负极。3.如权利要求2所述DC/DC变换器，其特征在于，当所述第一开关和第二开关均关断，所述功率变换单元运行在串联谐振工作状态；当所述第一开关和第二开关均导通，所述功率变换单元运行在并联谐振工作状态；当所述第一开...

【专利技术属性】
技术研发人员：许海平，原增泉，温平平，
申请(专利权)人：北京中科绿能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11