一种三相交错Boost集成型双向CLLLC谐振变换器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种三相交错Boost集成型双向CLLLC谐振变换器及其控制方法，属于电力电子变换器技术领域。该变换器由原边电路、副边电路、隔离变压器以及CLLLC型谐振网络组成，通过控制原边全桥单元开关管的占空比能够实现原副边电源之间的能量双向流动。本发明专利技术通过将非隔离型三相交错Boost变换器与隔离型的双向CLLLC谐振变换器集成到一起，实现了开关桥臂复用，减少了开关管数量，降低了损耗和成本，且对称性谐振槽结构保证了正反运行时谐振网络特性一致，降低了设计难度。本发明专利技术具有拥有高效率、高功率密度、宽电压增益、低输入电流纹波、能量流动方向自然平滑切换等优点，特别适合用于含储能系统直流微网、电动汽车、新能源发电等领域。发电等领域。发电等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种三相交错Boost集成型双向CLLLC谐振变换器及其控制方法


[0001]本专利技术涉及储能系统、电动汽车、新能源发电系统中的电力电子变换器
，特别涉及一种三相交错Boost集成型双向CLLLC谐振变换器及其控制方法。

技术介绍

[0002]当今世界，能源问题日益严峻，能源短缺以及传统能源在使用过程中对环境造成的污染问题成为我们不得不面对的重大挑战。在此大背景下，如风电、光伏等大量可再生分布式能源的应用，其相关技术的发展与革新受到了越来越多的关注。为改善可再生能源不稳定的输出对电能质量的影响，常常需要增加储能单元提高系统的稳定性。
[0003]在含储能单元供电系统中，需要具有能量双向传递功能的双向DC
‑
DC变换器作为储能单元与高压直流母线之间的接口元件，其中双向CLLLC型谐振变换器由于其对称性结构、软开关能力强、效率高等特点吸引了众多研究者的目光。然而，传统变频控制的双向CLLLC谐振变换器需要较宽的频率变化范围来适应储能电池电压宽范围变化，这不但增加了系统设计的复杂度，也势必将影响系统整体效率。除此以外，传统的双向CLLLC谐振变换器均采用电压型结构，即输出等效为一个电压源，因此当该类变换器应用在含储能电池的场合时，电池侧输入电流纹波较大，若电池长时间工作在较大电流纹波的场合下，储能电池的寿命将受到极大影响，严重时还会引发危险事故。
[0004]为了解决以上问题，常常采用两级式结构，即在双向CLLLC谐振变换器前增加一级交错并联的双向Buck/Boost变换器，不但能够减小电池侧电流纹波还能提高变换器整体的调压能力，使得后级双向CLLLC谐振变换器能够在一个固定开关频率下保持高效运行。然而，这种两级式结构增加了开关管的数量和系统成本，且前级Buck/Boost的硬开关必定会增加变换器的导通损耗和开关损耗，而额外引入的输入侧两相独立电感也会增加额外的体积和损耗。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种三相交错Boost集成型双向CLLLC谐振变换器及其控制方法，旨在解决现有多相谐振变换器能量无法双向流动、输入电流纹波大、电压调节范围有限、双向运行不对称的问题。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0007]本专利技术一方面提供了一种三相交错Boost集成型双向CLLLC谐振变换器，所述变换器由原边电路、副边电路、隔离变压器组以及CLLLC型谐振网络组成。原边电路由集成了三相交错Boost的全桥电路构成；副边电路由传统三相全桥电路构成；隔离变压器组由三个变压器构成；通过控制原边全桥开关管的占空比实现原副边电源之间的能量双向流动。
[0008]所述原边电路包括第一输入/输出直流源V
L
，三相Boost电感L1、L2、L3，钳位电容C
c
以及第一至第六开关管S1～S6。第一至第六开关管S1～S6组成原边全桥单元。其中，第一开
关管S1的源极与第二开关管S2的漏极连接，构成原边全桥单元的第一桥臂；第三开关管S3的源极与第四开关管S4的漏极连接，构成原边全桥单元的第二桥臂；第五开关管S5的源极与第六开关管S6的漏极连接，构成原边全桥单元的第三桥臂；所述原边第一、第二和第三桥臂以及钳位电容C
c
并联连接。
[0009]所述副边电路包括第二输入/输出直流源V
H
，输出电容C
o
以及第七至第十二开关管S7～S
12
。第七至第十二开关管S7～S
12
组成副边全桥单元。其中，第七开关管S7的源极与第八开关管S8的漏极连接，构成副边全桥单元的第一桥臂；第九开关管S9的源极与第十开关管S
10
的漏极连接，构成副边全桥单元的第二桥臂；第十一开关管S
11
的源极与第十二开关管S
12
的漏极连接，构成副边全桥单元的第三桥臂；所述副边第一、第二和第三桥臂以及输出电容C
o
并联连接。
[0010]所述变压器组由A相变压器T
a
、B相变压器T
b
、C相变压器T
c
构成；所述第一变压器T
a
包括两个绕组n
a1
和n
a2
，其中n
a1
称为A相原边绕组，n
a2
称为A相副边绕组；所述B相变压器T
b
包括两个绕组n
b1
和n
b2
，其中n
b1
称为B相原边绕组，n
b2
称为B相副边绕组；所述C相变压器T
c
包括两个绕组n
c1
和n
c2
，其中n
c1
称为C相原边绕组，n
c2
称为C相副边绕组。A相原边绕组n
a1
的异名端、B相原边绕组n
b1
的异名端、C相原边绕组n
c1
的异名端相互连接，A相副边绕组n
a2
的异名端、B相副边绕组n
b2
的异名端、C相副边绕组n
c2
的异名端相互连接。
[0011]所述CLLLC谐振网络包括A相原边谐振电容C
ra1
、B相原边谐振电容C
rb1
、C相原边谐振电容C
rc1
，A相原边谐振电感L
ra1
、B相原边谐振电感L
rb1
、C相原边谐振电感L
rc1
，A相变压器T
a
的励磁电感L
ma
、B相变压器T
b
的励磁电感L
mb
、C相变压器T
c
的励磁电感L
mc
，A相副边谐振电感L
ra2
、B相副边谐振电感L
rb2
、C相副边谐振电感L
rc2
，A相副边谐振电容C
ra2
、B相副边谐振电容C
rb2
、C相副边谐振电容C
rc2
；其中，A相原边谐振电感L
ra1
一端与原边第一桥臂中点a相连，A相原边谐振电感L
ra1
另一端与A相原边谐振电容C
ra1
相连，A相原边谐振电容C
ra1
另一端与A相原边绕组n
a1
的同名端连接，A相励磁电感L
ma
与A相原边绕组n
a1
并联连接；B相原边谐振电感L
rb1
一端与原边第二桥臂中点b相连，B相原边谐振电感L
rb1
另一端与B相原边谐振电容C
rb1
相连，B相原边谐振电容C
rb1
另一端与B相原边绕组n
b1
的同名端连接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三相交错Boost集成型双向CLLLC谐振变换器，其特征在于，所述变换器由原边电路、CLLLC型谐振网络、隔离变压器组以及副边电路依序连接组成；所述原边电路由集成了三相交错Boost的全桥电路构成；所述副边电路由三相全桥电路构成；所述隔离变压器组由三个变压器构成；通过控制原边全桥开关管的占空比实现原副边电源之间的能量双向流动。2.如权利要求1所述的三相交错Boost集成型双向CLLLC谐振变换器，其特征在于，所述原边电路包括第一输入/输出直流源V
L
，第一至第三三相Boost电感L1、L2、L3，钳位电容C
c
以及第一至第六开关管S1～S6，所述第一至第六开关管S1～S6组成原边全桥单元；其中，第一开关管S1的源极与第二开关管S2的漏极连接，构成原边全桥单元的第一桥臂；第三开关管S3的源极与第四开关管S4的漏极连接，构成原边全桥单元的第二桥臂；第五开关管S5的源极与第六开关管S6的漏极连接，构成原边全桥单元的第三桥臂；所述原边第一、第二和第三桥臂以及钳位电容C
c
并联连接；原边第一输入/输出直流源V
L
的负极连接原边第二开关管的源极，原边第一输入/输出直流源V
L
的正极连接第一至第三三相Boost电感L1、L2、L3的公共端口，第一至第三三相Boost电感L1、L2、L3的另一端分别连接原边第一桥臂中点a、第二桥臂中点b和第三桥臂中点c。3.如权利要求1所述的三相交错Boost集成型双向CLLLC谐振变换器，其特征在于，所述副边电路包括第二输入/输出直流源V
H
，输出电容C
o
以及第七至第十二开关管S7～S
12
，第七至第十二开关管S7～S
12
组成副边全桥单元；其中，第七开关管S7的源极与第八开关管S8的漏极连接，构成副边全桥单元的第一桥臂；第九开关管S9的源极与第十开关管S
10
的漏极连接，构成副边全桥单元的第二桥臂；第十一开关管S
11
的源极与第十二开关管S
12
的漏极连接，构成副边全桥单元的第三桥臂；所述副边第一、第二和第三桥臂以及输出电容C
o
并联连接。4.如权利要求2所述的三相交错Boost集成型双向CLLLC谐振变换器，其特征在于，所述隔离变压器组由A相变压器T
a
、B相变压器T
b
、C相变压器T
c
构成；所述第一变压器T
a
包括两个绕组n
a1
和n
a2
，其中n
a1
称为A相原边绕组，n
a2
称为A相副边绕组；所述B相变压器T
b
包括两个绕组n
b1
和n
b2
，其中n
b1
称为B相原边绕组，n
b2
称为B相副边绕组；所述C相变压器T
c
包括两个绕组n
c1
和n
c2
，其中n
c1
称为C相原边绕组，n
c2
称为C相副边绕组；A相原边绕组n
a1
的异名端、B相原边绕组n
b1
的异名端、C相原边绕组n
c1
的异名端相互连接，A相副边绕组n
a2
的异名端、B相副边绕组n
b2
的异名端、C相副边绕组n
c2
的异名端相互连接。5.如权利要求4所述的三相交错Boost集成型双向CLLLC谐振变换器，其特征在于，所述CLLLC谐振网络包括A相原边谐振电容C
ra1
、B相原边谐振电容C
rb1
、C相原边谐振电容C
rc1
，A相原边谐振电感L
ra1
、B相原边谐振电感L
rb1
、C相原边谐振电感L
rc1
，A相变压器T
a
的励磁电感L
ma
、B相变压器T
b
的励磁电感L
mb
、C相变压器T
c
的励磁电感L
mc
，A相副边谐振电感L
ra2
、B相副边谐振电感L
rb2
、C相副边谐振电感L
rc2
，A相副边谐振电容C
ra2
、B相副边谐振电容C
rb2
、C相副边谐振电容C
rc2
；其中，A相原边谐振电感L
ra1
一端与原边第一桥臂...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘邦银，王亚东，朱虔龙，杨亚丽，邵自民，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：