双向谐振网络、双向直流变换器及其参数设计方法技术

本发明专利技术提供了一种双向谐振网络、双向直流变换器及其参数设计方法，其中，隔离型双向谐振网络基于非隔离型双向谐振网络实现：第一电感和第一电容串联连接，第一电感连接到第一交流端口的第一交流端，第一电容连接到变压器原边的第一交流端；第二电感和第二电容串联连接，第二电感连接到第二交流端口的第一交流端，第二电容连接到变压器副边的第一交流端；变压器原边的第二交流端与第一交流端口的第二交流端相连，变压器副边的第二交流端与第二交流端口的第二交流端相连；变压器原边的绕组分为第一励磁电感和第二励磁电感；第二励磁电感和第三电容并联后与第一励磁电感串联组成等效励磁支路。本发明专利技术电压增益范围宽，变换器功率转换效率更高。

【技术实现步骤摘要】
双向谐振网络、双向直流变换器及其参数设计方法
本专利技术涉及直流功率变换
，特别涉及一种双向谐振网络、双向直流变换器及其参数设计方法。
技术介绍
随着可再生能源的快速发展，新能源分布式接入和微电网技术的有机结合正在逐渐改变传统的电网结构，可以实现分布式能源更大限度的利用；同时，由于可再生能源间歇性、不稳定性的特点，储能系统在风光微电网中的按需接入可以提升电网的稳定性和电能质量。在分布式发电和储能领域的背景下，隔离型的高功率密度高效率双向运行的DC/DC变换器一直是学术界和工业界的研究热点。LLC谐振变换器是在串联谐振变换器的基础上引入变压器励磁电感作为第三个并联谐振元件，由于励磁电感的引入，感性电流增大，LLC电路的软开关范围比SRC变换器大，可以在全负载范围内实现输入侧开关管的零电压开通(ZeroVoltageSwitch，ZVS)和输出侧的零电流关断(ZeroCurrentSwitch，ZCS)，有助于运行效率的提升。同时，LLC变换器具有三个串并联谐振元件，组成了一个带通滤波器，因此电压增益调节范围可以超过1，即电路可以工作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非隔离型双向谐振网络，其特征在于，包括：第一电感、第一电容、第一交流端口、第二电感、第二电容、第二交流端口、第三电感、第三电容以及第四电感；其中：/n所述第一电感、所述第一电容、所述第二电容和所述第二电感依次串联连接，所述第一电感的另一端连接到所述第一交流端口的第一交流端，所述第二电感的另一端连接到所述第二交流端口的第一交流端；/n所述第一交流端口的第二交流端与所述第二交流端口的第二交流端相连；/n所述第四电感和所述第三电容并联连接后与所述第三电感串联连接组成一支路，所述支路的一端子连接到所述第一电容和所述第二电容相连接的端子，所述支路的另一端子连接所述第一交流端口的第二交流端。/n

【技术特征摘要】
1.一种非隔离型双向谐振网络，其特征在于，包括：第一电感、第一电容、第一交流端口、第二电感、第二电容、第二交流端口、第三电感、第三电容以及第四电感；其中：
所述第一电感、所述第一电容、所述第二电容和所述第二电感依次串联连接，所述第一电感的另一端连接到所述第一交流端口的第一交流端，所述第二电感的另一端连接到所述第二交流端口的第一交流端；
所述第一交流端口的第二交流端与所述第二交流端口的第二交流端相连；
所述第四电感和所述第三电容并联连接后与所述第三电感串联连接组成一支路，所述支路的一端子连接到所述第一电容和所述第二电容相连接的端子，所述支路的另一端子连接所述第一交流端口的第二交流端。


2.一种权利要求1所述的非隔离型双向谐振网络的参数设计方法，其特征在于，包括：
S1、对所述非隔离型双向谐振网络进行交流稳态分析，得到所述非隔离型双向谐振网络正向和反向运行的电压增益表达式；
S2、计算正反向运行的电压增益范围，根据给定调节频率的范围，，选取合适的一组设计参数(k1，k2，m，h，g，Q)；
S3、验证S2中选取的设计参数(k1，k2，m，h，g，Q)所对应的增益曲线是否在工作频率范围内满足单调性。


3.根据权利要求2所述的非隔离型双向谐振网络的参数设计方法，其特征在于，所述S1中，得到所述非隔离型双向谐振网络正向运行的电压增益表达式的方法为：
运用相量法，得到所述非隔离型双向谐振网络的复频域电路模型；
计算所述非隔离型双向谐振网络正向运行的电压增益表达式为：






其中，V1为第一交流端口电压的有效值，V2为第二交流端口电压的有效值，fn＝fS/f1，fS为工作频率，m＝f1/f2，f1为第一电感和第一电容串联谐振的频率，f2为第四电感和第三电容并联谐振的频率，h＝L2/L1，g＝C2/C1，k1＝L3/L1，k2＝L4/L1，fn为归一化频率，R1为正向负载；
计算所述非隔离型双向谐振网络反向运行的电压增益表达式为：






其中，fn＝fS/f1，fS为工作频率，m＝f1/f2，f1为第二电感和第二电容串联谐振的频率，f2为第四电感和第三电容并联谐振的频率，h＝L1/L2，g＝C1/C2，k1＝L3/L2，k2＝L4/L2，fn为归一化频率，R2为反向负载；
所述S2中，初步选取一组设计参数(k1，k2，m，h，g，Q)，分别判断在正向运行最大电压增益对应的开关频率和最小电压增益对应的开关频率是否在给定调节频率的范围(fmin-fmax)内，若正向运行频率范围不在给定调节频率的范围(fmin-fmax)内，则重新选取一组设计参数；
若正向运行频率范围在给定调节频率的范围(fmin-fmax)内，则分别判断在反向运行最大电压增益对应的开关频率和最小电压增益对应的开关频率是否在给定调节频率的范围(fmin-fmax)内，若反向运行频率范围不在给定调节频率的范围(fmin-fmax)内，则重新选取一组设计参数；
若反向运行频率范围在给定调节频率的范围(fmin-fmax)内，则进行下一步；
所述S3中，根据S2中选取的设计参数(k1，k2，m，h，g，Q)，判断对应的增益曲线是否在工作频率范围内满足单调性：
如果该组设计参数对应的增益曲线的增益在工作频率范围内随频率增加而减小，则根据选取的这组参数计算各电路参数的值；
如果不满足单调性，返回S2重新选取一组设计参数。


4.一种隔离型双向谐振网络，其特征在于，包括：第一电感、第一电容、第一交流端口、第二电感、第二电容、第二交流端口以及变压器；其中：
所述第一电感和所述第一电容串联连接，所述第一电感的另一端连接到所述第一交流端口的第一交流端，所述第一电容的另一端连接到所述变压器原边的第一交流端；
所述第二电感和所述第二电容串联连接，所述第二电感的另一端连接到所述第二交流端口的第一交流端，所述第二电容的另一端连接到所述变压器副边的第一交流端；
所述变压器原边的第二交流端与所述第一交流端口的第二交流端相连，所述变压器副边的第二交流端与所述第二交流端口的第二交流端相连；
所述变压器原边的绕组引出一抽头，在所述抽头和所述变压器原边的第一交流端或第二交流端之间连接有辅助电容器；
所述抽头将所述变压器原边的绕组分为第一励磁电感和第二励磁电感；
所述第二励磁电感和所述辅助电容器并联连接后与所述第一励磁电感串联连接组成一条等效励磁支路。


5.一种权利要求4所述的隔离型双向谐振网络的参数设计方法，其特征在于，包括：
s1、对所述隔离型双向谐振网络进行交流稳态分析，得到所述隔离型双向谐振网络正向和反向运行的电压增益表达式；
s2、计算正反向运行的电压增益范围，根据给定调节频率的范围，选取合适的一组设计参数(k1，k2，m，h，g，n，Q)；
s3、验证s2中选取的一组参数(k1，k2，m，h，g，n，Q)所对应的增益曲线是否在工作频率范围内满足单调性。


6.根据权利要求5所述的隔离型双向谐振网络的参数设计方法，其特征在于，所述s1中，得到所述隔离型双向谐振网络正向运行的电压增益表达式的方法为：
运用相量法，得到所述隔离型双向谐振网络的复频域电路模型；
计算所述隔离型双向谐振网络正向运行的电压增益表达式为：






其中，V1为第一交流端口电压的有效值，V2为第二交流端口电压的有效值，fn＝fS/f1，fS为工作频率，m＝f1/f2，f1为第一电感和第一电容串联谐振的频率，f2为第二励磁电感和辅助电容器并联谐振的频率，h＝n2L2/L1，g＝C2/(n2C1)，k1＝Lm1/L1，k2＝Lm2/L1，fn为归一化频率，R1为正向负载，n为变压器的原副边匝比；
计算所述隔离型双向谐振网络反向运行的电压增益表达式为：






其中，fn＝fS/f1，m＝f1/f2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李睿，吴西奇，蔡旭，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31