一种隔离型三端口DC-DC变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种隔离型三端口DC‑DC变换器，包括一个三绕组变压器、一个隔直电容、两个全桥电路、一个全波整流电路、两个LC谐振腔，两个LC谐振腔分别由第一谐振电感、第一谐振电容和第二谐振电感、第二谐振电容组成；直流母线侧绕组通过隔直电容、第一全桥电路与直流母线端口相连；高压电池侧绕组通过第一谐振电感、第一谐振电容及第二全桥电路与高压电池端口相连；低压电池侧绕组通过第二谐振电感、第二谐振电容及全波整流电路与低压电池端口相连。该隔离型三端口DC‑DC变换器采用三绕组结构，减少了整流二极管与变压器的数量，减小了功率损耗，提高了电路转换效率。

【技术实现步骤摘要】
一种隔离型三端口DC-DC变换器
本专利技术属于电动汽车车载充电器领域，具体为一种隔离型三端口DC-DC变换器。
技术介绍
由于电动汽车充电器的使用减少了燃料的使用和温室气体的排放，电动汽车引起了人们的广泛关注。电动汽车充电器分为车载充电器和非车载充电器两种类型，并且支持功率单向或双向流动。非车载充电器由于不受大小和重量的限制，可以设计为高功率等级快速充电系统。非车载充电器的输入为380V交流电，输出为一定范围的直流电，充电功率从几十千瓦到上百千瓦，充电时间为10分钟。非车载充电器的直流快充系统对电网冲击大，会引起公共电网电压波动，产生谐波危害。对车载充电器的要求很严格，不仅需要效率高、成本低、体积尺寸小、重量轻，还要保证能够长时间的工作寿命，同时要保证安全、可靠的工作。由位于小区停车场、街边、超市、办公楼的交流充电桩提供220V、380V的交流电，车载充电机完成交直流充电，充电功率从1.5kW到20kW，充电时间为2-5小时。目前，可再生能源系统正被大量接入电力系统中。由于可再生能源的间断性会引起发电的波动，急需其他能源(如电池能量存储系统)进行补偿。V2G的概念是由AmoryLovins在1995年提出的，特拉华大WilliamKempton教授对其进一步发展。带有V2G功能的的电动汽车双向充电系统支持电池能量注回到电网，电动汽车可以作为电网能量的缓冲，实现充分的功率转换，更好的维护电网稳定性和可靠性，同时为电动汽车车主带来收益。一般来说，典型的功率单向流动的电动汽车车载充电器拓扑结构为直流母线经第一级DC-DC转换器给高压电池充电，高压电池再经第二级降压DC-DC转换器给低压电池充电，若两个DC-DC转换器全部采用全桥结构与全波整流桥结构，将一共使用8个可控功率开关管、8个整流二极管以及2个变压器，电路效率较低。
技术实现思路
针对现有技术所存在的上述技术问题，本专利技术提供了一种隔离型三端口DC-DC变换器。该隔离型三端口DC-DC变换器可以工作在三种模式下：直流母线对高压电池和低压电池进行充电模式；高压电池对低压电池进行充电模式；高压电池给电网输送能量即V2G模式。本专利技术的技术方案为：一种隔离型三端口DC-DC变换器，包括通过三绕组变压器耦合到一起的直流母线端口电路、高压电池端口电路以及低压电池端口电路；直流母线端口电路包括至少由开关管组成的第一全桥电路；高压电池端口电路包括至少由开关管组成的第二全桥电路；低压电池端口电路包括至少由开关管组成的第三全桥电路，或包括至少由二极管构成的全波整流电路；所述隔离型三端口DC-DC变换器的工作模式为：第一种，所述隔离型三端口DC-DC变换器工作在直流母线充电模式，功率从直流母线侧流向高压电池侧与低压电池侧，低压电池侧电路工作在LC串联谐振模式、高压电池侧电路工作在移相控制模式；第二种，所述隔离型三端口DC-DC变换器工作在高压电池给低压电池充电模式，功率从高压电池侧流向低压电池侧，此时，隔离型三端口DC-DC变换器的工作的电路(也就是高压电池端口电路和低压电池端口电路)工作在对称型CLLC谐振模式；第三种，所述隔离型三端口DC-DC变换器工作在高压电池V2G模式，功率从高压电池侧流向直流母线侧，此时，隔离型三端口DC-DC变换器的工作的电路(也就是直流母线端口电路和高压电池端口电路)工作在LLC谐振模式。该隔离型三端口DC-DC变换器通过三绕组变压器的耦合，将直流母线端口电路、高压电池端口电路以及低压电池端口电路耦合到一起，形成一个隔离型三端口DC-DC变换器，该变压器能够实现同时给高压电池和低压电池充电，进而满足了电动汽车车载充电器同时给高压电池和低压电池充电。优选地，所述直流母线端口电路包括：第一桥臂支路，其由第一开关管、第二开关管串联形成；第二桥臂支路，其由第三开关管、第四开关管串联形成；所述第一桥臂支路和第二桥臂支路并联；三绕组变压器的原边绕组，其同名端连接到第一开关管与第二开关管之间，异名端连接到第三开关管与第四开关管之间。优选地，所述直流母线端口电路还包括：隔离电容，一端连接第一开关管与第二开关管之间，另一端连接三绕组变压器的原边绕组的同名端。隔离电容能够保证三绕组变压器的原边绕组两端的电压为比较稳定的直流电压。优选地，所述高压电池端口电路包括：第三桥臂支路，其由第五开关管、第六开关管串联形成；第四桥臂支路，其由第七开关管、第八开关管串联形成；所述第三桥臂支路和第四桥臂支路并联；三绕组变压器的第一副边绕组，其同名端连接到第五开关管与第六开关管之间，异名端连接到第七开关管与第八开关管之间；高压电池，其与第三桥臂支路并联。优选地，所述高压电池端口电路还包括：第一LC谐振腔，其由第一谐振电感和第一谐振电容串联形成，第一LC谐振腔的一端连接第五开关管与第六开关管之间，另一端连接三绕组变压器的第一副边绕组的同名端。该第一LC谐振腔对三绕组变压器的第一副边绕组耦合的到电压进行滤波，保证输出至高压电池两端的电压为比较稳定的直流电压。优选地，所述低压电池端口电路包括：第五桥臂支路，其由第一二极管、第二二极管串联形成；第六桥臂支路，其由第三二极管、第四二极管串联形成；所述第五桥臂支路和第六桥臂支路并联；三绕组变压器的第二副边绕组，其同名端连接到第一二极管与第二二极管之间，异名端连接到第三二极管与第四二极管之间；低压电池，其与第五桥臂支路并联。其中，所述低压电池端口电路还包括：第二LC谐振腔，其由第二谐振电感和第二谐振电容串联形成，第二LC谐振腔的一端连接第一二极管、第二二极管之间，另一端连接三绕组变压器的第二副边绕组的同名端。该第一LC谐振腔对三绕组变压器的第二副边绕组耦合的到电压进行滤波，保证输出至低压电池两端的电压为比较稳定的直流电压。进一步地，所述隔离型三端口DC-DC变换器还包括：第一稳压电容，其并联在直流母线端口两端；第二稳压电容，其并联在高压电池两端；第三稳压电容，其并联在低压电池两端。三个稳压电容能够保证三个输出端的电压稳定，防止输出端的电压变化较大，损坏负载。上述采用三绕组结构的隔离型三端口DC-DC变换器作为车载充电器可以减少4个整流二极管和1个变压器。同时也可以实现高压电池V2G功能，并且可以实现直流母线同时给高压电池与低压电池充电功能，区别于典型电动汽车车载充电器的当直流母线给高压电池充电时，低压电池没有任何能量来源途径。当直流母线端口电路同时给高压电池与低压电池充电时，低压电池侧电路工作在调频控制的LC串联谐振模式、高压电池侧电路工作在移相控制模式，第一全桥电路、第二第一全桥电路及全波整流全桥电路工作在相同开关频率。当隔离型三端口DC-DC变换器处于直流母线充电模式时，高压电池端口与低压电池端口为宽范围电压输出端口。当隔离型三端口DC-DC变换器处于高压电池给低压电池充电模式时，高压电池端口为宽范围电压输入端口，低压电池端口为宽范围电压输出端口。当隔离型三端口DC-DC变换器处于高压电池V2G模式时，高压电池端口为宽范围电压输入端口。本专利技术变换器相对于现有技术具有以下优点：(1)采用三绕组结构的隔离型三端口DC-DC变换器减少了整流二极管与变压器的数量，减小了功率损耗，提高了电路转换效率；(2)直流母线端口、高压电池端口、低压电池端本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隔离型三端口DC‑DC变换器，其特征在于，包括通过三绕组变压器耦合到一起的直流母线端口电路、高压电池端口电路以及低压电池端口电路；直流母线端口电路包括至少由开关管组成的第一全桥电路；高压电池端口电路包括至少由开关管组成的第二全桥电路；低压电池端口电路包括至少由开关管组成的第三全桥电路，或包括至少由二极管构成的全波整流电路；所述隔离型三端口DC‑DC变换器的工作模式为：第一种，所述隔离型三端口DC‑DC变换器工作在直流母线充电模式，功率从直流母线侧流向高压电池侧与低压电池侧，低压电池侧电路工作在LC串联谐振模式、高压电池侧电路工作在移相控制模式；第二种，所述隔离型三端口DC‑DC变换器工作在高压电池给低压电池充电模式，功率从高压电池侧流向低压电池侧，此时，隔离型三端口DC‑DC变换器的工作的电路工作在对称型CLLC谐振模式；第三种，所述隔离型三端口DC‑DC变换器工作在高压电池V2G模式，功率从高压电池侧流向直流母线侧，此时，隔离型三端口DC‑DC变换器的工作的电路工作在LLC谐振模式。

【技术特征摘要】
1.一种隔离型三端口DC-DC变换器，其特征在于，包括通过三绕组变压器耦合到一起的直流母线端口电路、高压电池端口电路以及低压电池端口电路；直流母线端口电路包括至少由开关管组成的第一全桥电路；高压电池端口电路包括至少由开关管组成的第二全桥电路；低压电池端口电路包括至少由开关管组成的第三全桥电路，或包括至少由二极管构成的全波整流电路；所述隔离型三端口DC-DC变换器的工作模式为：第一种，所述隔离型三端口DC-DC变换器工作在直流母线充电模式，功率从直流母线侧流向高压电池侧与低压电池侧，低压电池侧电路工作在LC串联谐振模式、高压电池侧电路工作在移相控制模式；第二种，所述隔离型三端口DC-DC变换器工作在高压电池给低压电池充电模式，功率从高压电池侧流向低压电池侧，此时，隔离型三端口DC-DC变换器的工作的电路工作在对称型CLLC谐振模式；第三种，所述隔离型三端口DC-DC变换器工作在高压电池V2G模式，功率从高压电池侧流向直流母线侧，此时，隔离型三端口DC-DC变换器的工作的电路工作在LLC谐振模式。2.如权利要求1所述的隔离型三端口DC-DC变换器，其特征在于，所述直流母线端口电路包括：第一桥臂支路，其由第一开关管、第二开关管串联形成；第二桥臂支路，其由第三开关管、第四开关管串联形成；所述第一桥臂支路和第二桥臂支路并联；三绕组变压器的原边绕组，其同名端连接到第一开关管与第二开关管之间，异名端连接到第三开关管与第四开关管之间。3.如权利要求2所述的隔离型三端口DC-DC变换器，其特征在于，所述直流母线端口电路还包括：隔离电容，一端连接第一开关管与第二开关管之间，另一端连接三绕组变压器的原边绕组的同名端。4.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓焰，张盈曦，李广地，夏晋，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33