隔离型升压双向DC-DC变换器拓扑结构制造技术

本发明专利技术公开了一种隔离型升压双向DC‑DC变换器拓扑结构，包括：前级Boost电路、集成变压器和后级H桥电路，其中，前级Boost电路包括第一两相交错并联的Boost变换器，集成变压器为耦合电感结构包括Boost电感部分和理想变压器结构，第一两相交错并联的Boost变换器与集成变压器的Boost电感部分串联，集成变压器的理想变压器结构与后级H桥电路串联。该拓扑结构选用器件少，电路简单且集成度高，能够较好地解决输入电流不连续的问题，并极大地抑制输入电流纹波和输出电压纹波，使其对电流纹波要求更高的锂电池应用场景。

【技术实现步骤摘要】
隔离型升压双向DC-DC变换器拓扑结构
本专利技术涉及电工技术中的电力电子及电能变换
，特别涉及一种隔离型升压双向DC-DC变换器新型拓扑。
技术介绍
随着能源危机和全球变暖的加剧，锂电池、太阳能、风能等可再生能源越来越受人们的关注。和传统电池相比，锂电池具有续航里程长、可重复多次利用、清洁无污染、能量密度高等优点。隔离型升压双向DC-DC变换器由于能量可以双向流动，升压比高，变比可调等优点，在锂电池等可再生能源领域有着广泛应用。隔离型升压双向DC-DC变换器一般采用一个Boost变换器和DAB电路来实现，这种电路的器件较多，且集成性较差。在传统的隔离型升压双向DC-DC变换器中，输入侧电感体积较大，且无法集成进变压器内，因此会导致电路庞大。对于单相耦合电感型Boost变换器，其正常工作时输入电流不连续，不适用于对电流纹波有着很高要求的锂电池应用场景。此外，传统的隔离型升压双向DC-DC变换器采用Boost变换器和DAB电路级联来实现高升压比，电路元件较多，电路复杂。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种隔离型升压双向DC-DC变换器拓扑结构。为达到上述目的，本专利技术实施例提出了隔离型升压双向DC-DC变换器拓扑结构，包括：包括：前级Boost电路、集成变压器和后级H桥电路，其中，所述前级Boost电路包括第一两相交错并联的Boost变换器，所述集成变压器为耦合电感结构包括Boost电感部分和理想变压器结构，所述第一两相交错并联的Boost变换器与所述集成变压器的Boost电感部分串联，所述集成变压器的理想变压器结构与所述后级H桥电路串联。本专利技术实施例的隔离型升压双向DC-DC变换器拓扑结构，克服了传统隔离型双向升压变换器不能够实现集成、解决输入电流不连续的问题的缺点，可适用于对电流纹波有着很高要求的锂电池应用场景，另外，还加入了耦合电感结构，从而Boost升压变换器可以灵活地提高电压增益，极大地扩展了升压变换器的增益范围。另外，根据本专利技术上述实施例的隔离型升压双向DC-DC变换器拓扑结构还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述第一两相交错并联的Boost变换器的每个桥臂上设有两个开关管。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，当桥臂上的两个开关同时导通时，所述第一两相交错并联的Boost变换器对所述Boost电感部分进行充电，处于剩余的任意组合开关状态时，所述Boost电感部分对后级H桥电路进行放电。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述前级Boost电路还包括第一电源和第一钳位电容，所述第一电源和所述第一钳位电容分别与所述第一两相交错并联的Boost变换器并联。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述第一钳位电容的电压可以表示为：其中，表示第一钳位电容的电压，U1表示前级Boost电路的电压，D表示前级Boost电路的占空比。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述前级Boost电路的电压与所述后级H桥电路的电压之间相差的相角与能量的流动方向相关。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述后级H桥电路包括第二两相交错并联的Boost变换器、第二钳位电容、第二电源、漏感和理想变压器部分的副边，其中，所述第二两相交错并联的Boost变换器与所述第二钳位电容并联，所述第二两相交错并联的Boost变换器与所述漏感串联，所述漏感与所述理想变压器部分的副边串联，所述第二钳位电容与所述第二电源并联。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为根据本专利技术一个实施例的隔离型升压双向DC-DC变换器拓扑结构的结构示意图；图2为根据本专利技术一个实施例的隔离型升压双向DC-DC变换器拓扑结构的等效电路图；图3为本专利技术实施例在CMM模式下的电路工作波形图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。下面参照附图描述根据本专利技术实施例提出的隔离型升压双向DC-DC变换器拓扑结构。图1是本专利技术一个实施例的隔离型升压双向DC-DC变换器拓扑结构的结构示意图。如图1所示，该隔离型升压双向DC-DC变换器拓扑结构包括：前级Boost电路100、集成变压器200和后级H桥电路300。其中，前级Boost电路包括第一两相交错并联的Boost变换器，集成变压器为耦合电感结构包括Boost电感部分和理想变压器结构，第一两相交错并联的Boost变换器与集成变压器的Boost电感部分串联，集成变压器的理想变压器结构与后级H桥电路串联。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，第一两相交错并联的Boost变换器的每个桥臂上设有两个开关管。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，当桥臂上的两个开关同时导通时，第一两相交错并联的Boost变换器对Boost电感部分进行充电，处于剩余的任意组合开关状态时，Boost电感部分对后级H桥电路进行放电。具体而言，如图1左侧所示，有两条并联的Boost变换器，每一条桥臂相当于一个Boost变换器，桥臂上的两个开关管同时导通时对Boost电感部分进行充电，其它开关状态时Boost电感部分对后级H桥电路进行放电，从而实现了较高的电压增益。进一步地，前级Boost电路还包括第一电源和第一钳位电容，第一电源和第一钳位电容分别与第一两相交错并联的Boost变换器并联。其中，Boost变换器中，第一钳位电容CS相当于负载，故第一钳位电容电压可以表示为：其中，表示第一钳位电容的电压，U1表示前级Boost电路的电压，D表示前级Boost电路的占空比。根据第一钳位电容电压可以得到副边漏感两侧的电压：Ucd＝U2因此，该变换器的等效电路可以表示为图2，其工作原理与DAB变换器类似，控制方法为PWM控制+移相控制，即控制前级Boost电路、后级H桥电路的占空比和两个电路之间的移相角。也就是说，前级Boost电路的电压与后级H桥电路的电压之间相差的相角与能量的流动方向相关，改变电压uab和电压ucd之间相差的相角即可改变能量的流动方向。进一步地，如图1所示，本专利技术实施例中的集成变压器可以分成Boost电感部分和理想变压器部分。其中，Boost电感部分包括电感Lm1和电感Lm2，理想变压器部分包括原边和副边，电感Lm1和电感Lm2分别与理想变压器的两个原边并联，电感Lm1和电感Lm2的作用与普通boost电感作用相同，不同在于电感Lm1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隔离型升压双向DC-DC变换器拓扑结构，其特征在于，包括：前级Boost电路、集成变压器和后级H桥电路，其中，/n所述前级Boost电路包括第一两相交错并联的Boost变换器，所述集成变压器为耦合电感结构包括Boost电感部分和理想变压器结构，所述第一两相交错并联的Boost变换器与所述集成变压器的Boost电感部分串联，所述集成变压器的理想变压器结构与所述后级H桥电路串联。/n

【技术特征摘要】
1.一种隔离型升压双向DC-DC变换器拓扑结构，其特征在于，包括：前级Boost电路、集成变压器和后级H桥电路，其中，
所述前级Boost电路包括第一两相交错并联的Boost变换器，所述集成变压器为耦合电感结构包括Boost电感部分和理想变压器结构，所述第一两相交错并联的Boost变换器与所述集成变压器的Boost电感部分串联，所述集成变压器的理想变压器结构与所述后级H桥电路串联。


2.根据权利要求1所述的隔离型升压双向DC-DC变换器拓扑结构，其特征在于，所述第一两相交错并联的Boost变换器的每个桥臂上设有两个开关管。


3.根据权利要求2所述的隔离型升压双向DC-DC变换器拓扑结构，其特征在于，当桥臂上的两个开关同时导通时，所述第一两相交错并联的Boost变换器对所述Boost电感部分进行充电，处于剩余的任意组合开关状态时，所述Boost电感部分对后级H桥电路进行放电。


4.根据权利要求1所述的隔离型升压双向DC-DC变换器拓扑结构，其特征在于，所述前级Boost电路还包...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑泽东，刘基业，李驰，王哲，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11