一种LLC谐振型三端口DC-DC变换器结构制造技术

本发明专利技术公开一种LLC谐振型三端口DC‑DC变换器结构，该变换器结构由原边电路、副边电路、变压器加LLC谐振网络三部分构成。原边电路和副边电路是由双路交错并联双向Buck‑Boost电路与双有源桥集成所得，变压器加LLC谐振网络由高频变压器、谐振电容C

【技术实现步骤摘要】
一种LLC谐振型三端口DC-DC变换器结构
本专利技术涉及光伏发电系统、燃料电池汽车、混合电动汽车与混合储能等系统中的电力电子变换器领域，尤其涉及一种LLC谐振型三端口DC-DC变换器结构。
技术介绍
地球资源的逐渐短缺以及人们对地球环境的日渐关注使可再生能源发电系统的运用越来越广泛。目前，光伏发电和风力发电是可再生能源发电形式中应用较多的两种，但由于自然气候的影响，会发生电力供应不稳定、不连续的问题。因此，常常需要将可再生能源和其它能源及储能系统结合起来构成可再生能源联合供电系统，利用可再生能源和其他能源之间的互补从而获得较稳定和连续的电能，例如光伏—蓄电池联合供电系统，蓄电池单元加入，不仅提高了系统的稳定性，还实现了能量的高效运用。为了实现多个输入电源共同给负载供电，需要多端口变换器作为接口，连接发电单元、储能单元以及负载端口。传统的联合供电系统中，每种形式的能源均要一个DC-DC变换器与之对应，将光伏或燃料电池等可再生能源或储能系统连接到公共直流母线上，直流母线不仅能给直流负载供电，也能通过DC-DC变换器与储能系统进行能量转换。这种变换器结构包含较多功率变换单元，结构较为复杂，且每增加一个端口就相应增加一个功率变换单元，系统成本高，可靠性较低。
技术实现思路
本专利技术提供一种LLC谐振型三端口DC-DC变换器结构，以实现减少开关管数量，降低成本，提升系统功率密度，原边电压升降压灵活的目的。本专利技术提供一种LLC谐振型三端口DC-DC变换器结构，该变换器由原边电路、副边电路、变压器加LLC谐振网络三部分构成。原边电路和副边电路是由双路交错并联双向Buck-Boost电路与双有源桥集成所得，变压器加LLC谐振网络由高频变压器、谐振电容Cr、谐振电感Lr和励磁电感Lm构成。所述原边电路包括直流电压源V1、蓄电池电源Vbat，输入电容Ci，第一电感L1、第二电感L2及开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4；开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4构成全桥单元，开关管S1的源极与开关管S2的漏极连接，构成全桥单元的前桥臂，开关管S3的源极与开关管S4的漏极连接，构成全桥单元的后桥臂，全桥单元的前桥臂、全桥单元的后桥臂并联连接构成原边全桥单元；直流电压源V1与输入电容Ci、原边全桥单元并联连接；蓄电池电源Vbat的正极连接第一电感L1与第二电感L2的公共端，第一电感L1的另一端与前桥臂中点连接，第二电感L2的另一端与后桥臂中点连接。所述副边电路包括开关管S5、开关管S6、开关管S7、开关管S8、输出电容Co和输出电阻Ro；开关管S5、开关管S6、开关管S7、开关管S8。开关管S5的源极与开关管S6的漏极连接，构成全桥单元的前桥臂，开关管S7的源极与开关管S8的漏极连接，构成全桥单元的后桥臂，全桥单元的前桥臂、全桥单元的后桥臂并联连接构成副边全桥单元；副边全桥单元与输出电容Co和输出电阻Ro并联连接。所述变压器加LLC谐振网络包括高频变压器、谐振电容Cr、谐振电感Lr和励磁电感Lm；所述高频变压器包括两个绕组N1和N2，原边绕组为绕组N1，副边绕组为绕组N2；绕组N1与励磁电感Lm并联，谐振电感Lr一端与开关管S1的源极连接，另一端与高频变压器的绕组N1同名端相连；谐振电容Cr的一端与开关管S3的源极连接，另一端与高频变压器的绕组N1非同名端相连；高频变压器的绕组N2的同名端与开关管S5的源极相连，其非同名端与开关管S7的源极相连。本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术通过双路交错并联双向Buck-Boost电路与双有源桥集成在一起，形成三端口DC-DC变换器，实现开关管的复用，集成输入功率母线，实现开关管数量减少，系统功率密度提升，原边电压升降压灵活，降低成本。本三端口变换器结构适用于光伏发电系统、燃料电池汽车、混合电动汽车与混合储能等系统。有效减少开关管的数量，降低成本，提高系统功率密度。(2)本专利技术的直流电压源V1与蓄电池电源Vbat均可实现能量双向传输，易于系统的能量管理控制，可提高输入能量的利用率。(3)LLC谐振网络、第一电感L1与第二电感L2使原边电路和副边电路的八个开关管均可实现软开关，从而减小变换器的开关损耗，实现提高开关频率和系统功率密度的目的。由于原边电路是双向Buck-Boost电路交错并联工作，使得电流纹波明显降低，接入新能源与储能等系统中更为合适。(4)本专利技术简化了电路结构，使用三端口DC-DC变换器代替传统的变换器结构，通过变换器拓扑和功能合并，组成新型的可再生能源分布式发电系统。三端口DC-DC变换器的开关器件数目和相关辅助电路较少，成本低，功率密度高，功率变换的级数减少，系统效率提高，布置紧凑，装置的可靠性增强，易于实现能量集中控制。并且，两个输入端口可以单独或同时向负载供电，系统的稳定性和灵活性也明显提高。附图说明图1是本专利技术LLC谐振型三端口DC-DC变换器的电路结构原理图；图(a)本专利技术LLC谐振型三端口DC-DC变换器在光伏—蓄电池供电系统中各功率传输模式等效电路图的光伏输入端到储能电池端的等效电路图。图(b)本专利技术LLC谐振型三端口DC-DC变换器在光伏—蓄电池供电系统中各功率传输模式等效电路图的光伏输入端到负载输出端的等效电路图。图(c)本专利技术LLC谐振型三端口DC-DC变换器在光伏—蓄电池供电系统中各功率传输模式等效电路图的储能电池端到负载输出端的等效电路图。图中符号含义：V1为输入/输出直流电压源、Vbat为蓄电池输入/输出电源，Vpv为光伏输入/输出端，Ci为输入电容，L1为第一电感、L2为第二电感，开关管为S1、开关管为S2、开关管为S3、开关管为S4，Ro为输出电阻，Cr为谐振电容，Lr为谐振电感，Lm为励磁电感，N1和N2为高频变压器的两个绕组，S5-S8为副边电路四个开关管，Co为输出电容，Ro为输出电阻。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进一步说明。实施例1针对光伏发电系统、燃料电池汽车、混合电动汽车与混合储能等系统的应用，本专利技术提出一种LLC谐振型三端口DC-DC变换器结构，如图1所示。该变换器由原边电路、副边电路、变压器加LLC谐振网络三部分构成。原边电路和副边电路是由双路交错并联双向Buck-Boost电路与双有源桥集成所得，变压器加LLC谐振网络由高频变压器、谐振电容Cr、谐振电感Lr和励磁电感Lm构成。如图1，所述LLC谐振型三端口DC-DC变换器结构由直流电压源V1、蓄电池电源Vbat、输入电容Ci、第一电感L1、第二电感L2、原边电路开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4副边电路，开关管S5、开关管S6、开关管S7、开关管S8、输出电容Co、输出电阻Ro、高频变压器、谐振电容Cr、谐振电感Lr和励磁电感Lm构成；原边电路四个开关管构成全桥单元，开关管S1的源极与开关管S2的漏极连接，构成全桥单元的前桥臂，开关管S3的源极与开关管S4的漏极连接，构成全桥单元的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种LLC谐振型三端口DC-DC变换器结构，其特征在于：包括原边电路、副边电路、变压器加LLC谐振网络三部分构成，原边电路和副边电路由双路交错并联双向Buck-Boost电路与双有源桥集成所得，变压器加LLC谐振网络由高频变压器、谐振电容C

【技术特征摘要】
1.一种LLC谐振型三端口DC-DC变换器结构，其特征在于：包括原边电路、副边电路、变压器加LLC谐振网络三部分构成，原边电路和副边电路由双路交错并联双向Buck-Boost电路与双有源桥集成所得，变压器加LLC谐振网络由高频变压器、谐振电容Cr、谐振电感Lr和励磁电感Lm构成。


2.按照权利要求1所述的一种LLC谐振型三端口DC-DC变换器结构，其特征在于所述原边电路包括直流电压源V1、蓄电池电源Vbat，输入电容Ci，第一电感L1、第二电感L2、开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4；开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4构成全桥单元，开关管S1的源极与开关管S2的漏极连接组成全桥单元的前桥臂，开关管S3的源极与开关管S4的漏极连接构成全桥单元的后桥臂，全桥单元的前桥臂、全桥单元的后桥臂并联连接构成原边全桥单元；直流电压源V1与输入电容Ci、原边全桥单元并联连接；蓄电池电源Vbat的正极连接第一电感L1与第二电感L2的公共端，第一电感L1的另一端与前桥臂中点连接，第二电感L2的另一端与...

【专利技术属性】
技术研发人员：高圣伟，查茜，赵子祎，王浩，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12