一种双向cll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双向cll谐振变换器及其控制方法，所述双向cll谐振变换器的结构包括第一母线电容C9、第一H桥、谐振电容Cr、高频变压器T0、谐振电感Lr、第二H桥、第二母线电容C10，其中，所述谐振电容Cr、高频变压器T0和谐振电感Lr构成谐振腔。与现有技术相比，本发明专利技术中仅采用谐振电容Cr，高频变压器T0和谐振电感Lr三个功率器件构成谐振腔，两组固定占空比为50％的PWM波为驱动，以较少的功率器件和简单的控制方法实现了双向CLL谐振变换器在双向运行时逆变侧开关管零电压开通，整流侧二极管零电流关断，具有可双向运行，拓扑和控制方法简单，重量轻、体积小、功率密度高，效率高的优势。效率高的优势。效率高的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种双向cll谐振变换器及其控制方法


[0001]本专利技术涉及电力电子软开关
，特别是一种高频隔离谐振软开关技术，具体提供一种双向cll谐振变换器及其控制方法。

技术介绍

[0002]随着科技的进步，电子产品的高频化、小型化、高效率、低噪音成为重要的指标。虽然目前的开关管，例如功率MOSFET或IGBT的发展迅速，其性能、损耗在逐渐降低，但是硬开关损耗仍然是系统提高频率、提升效率的一个瓶颈。
[0003]硬开关技术会造成开关器件产生较大的开关损耗，限制了开关器件的开关频率，也降低了变换器的效率。
[0004]目前双向隔离DC
‑
DC变换器在微电网、电池充放电测试、储能等涉及能量双向流动的测试环境中广泛使用。双向高频隔离DC
‑
DC目前多使用谐振变换技术，但存在的主要问题是谐振功率器件偏多，限制了变换器的功率密度；或者是控制方法复杂增加了设计难度、降低了可靠性。

技术实现思路

[0005]针对以上问题，研发一种谐振功率器件少，控制方法简单的双向高频隔离谐振软开关DC
‑
DC变换器及其控制方法具有较高的研究和应用价值。
[0006]本专利技术的技术任务是针对上述存在的问题，提供一种双向cll谐振变换器及其控制方法。
[0007]为实现上述目的，本专利技术一方面提供了如下技术方案：
[0008]一种双向cll谐振变换器，所述双向cll谐振变换器的结构包括第一母线电容C9、第一H桥、谐振电容Cr、高频变压器T0、谐振电感Lr、第二H桥、第二母线电容C10，其中，所述谐振电容Cr、高频变压器T0和谐振电感Lr构成谐振腔。
[0009]所述第一母线电容C9与所述第一H桥的直流侧V1+和V1
‑
相连，
[0010]所述第一H桥的左桥臂中点A与所述谐振电容Cr相连，
[0011]所述谐振电容Cr和所述第一H桥右桥臂中点B与所述高频变压器T0原边相连，
[0012]所述高频变压器T0的副边与所述第二H桥的右桥臂中点C和所述谐振电感Lr相连，
[0013]所述谐振电感Lr与所述第二H桥的左桥臂中点D相连，
[0014]所述第二H桥的直流侧V2+和V2
‑
与所述第二母线电容C10相连。
[0015]本专利技术另一方面提供一种双向cll谐振变换器控制方法，所述方法的实现包括：
[0016]所述双向CLL谐振变换器正向工作时，第一H桥工作在逆变状态，第二H桥工作在整流状态，能量从V1流向V2；
[0017]所述双向CLL谐振变换器反向工作时，第一H桥工作在整流状态，第二H桥工作在逆变状态，能量从V2流向V1。
[0018]所述双向cll谐振变换器的驱动方式为两组频率固定，占空比为50％的PWM波，第
一H桥的结构包括左桥臂开关管T1、T2，右桥臂开关管T3、T4，第二H桥的结构包括左桥臂开关管T5、T6，右桥臂开关管T7、T8，其中T1、T4、T6、T7驱动信号相同，T2、T3、T5、T8驱动信号相同，两组驱动互补导通，如图2所示。
[0019]所述双向CLL谐振变换器正向工作时等效模型为Type
‑
11模型，如图3，其构成包括：谐振电容Cr，高频变压器原边励磁电感Lm_P，等效谐振电感Lr_eq_P，等效交流阻抗Rac_eq_P，其中，Lr_eq_P为正向工作时谐振电感Lr等效到变压器原边的等效谐振电感，Rac_eq_P为正向运行时副边电路等效到逆变侧的等效交流阻抗。
[0020]所述根据双向CLL谐振变换器正向工作时等效模型等效变换后的结构包括：
[0021]L2＝Lr_eq_P，正向工作时谐振电感Lr等效到变压器原边的等效谐振电感；
[0022]L1＝Lm_P，高频变压器原边励磁电感；
[0023]流过谐振电容Cr的电流为ic，
[0024]流过高频变压器原边励磁电感L1的电流为i1，
[0025]流过L2的电流为i2，流过二极管D5的电流为i5，流过二极管D7的电流为i7。
[0026]所述双向CLL谐振变换器正向工作时模态如图4a到图4h所示：
[0027]分析i1为正时的工作状态，双向CLL谐振变换器正向工作模态：
[0028]t3
‑
t4阶段，如图4b：T1、T4、T6、T7开通，ic过峰值后正向减小，t4时刻ic＝i1；i1过零后正向增大，ic＝i1+i2，t4时刻i1＝ic，i2＝0；
[0029]t4时刻，如图4c：i1＝ic，i2＝0，D6,D7零电流关断，T6T7一直导通，V2,C10开始放电，变压器副边线圈开始励磁，产生电流is；
[0030]t4
‑
t5阶段，如图4d：变压器反向励磁导致i2过零后负向增加，副边对逆变侧短暂能量回馈，反向电流大小为is，ic继续减小，i1＝ic+i2；
[0031]t5时刻ic＝0，i1＝i2；
[0032]t5
‑
t6阶段，如图4e：i1继续增大，ic过零后负向增加的原因使is在增加,i2，i7负向增大；
[0033]t6时刻，T1、T4、T6、T7关断，ic和i2,i7到达负向暂态峰值，T6T7硬关断；
[0034]t6
‑
t8阶段，如图4f：(ic的变化规律是：先负向减小至零，再正向增大，最后在减小至零。)进入死区T1T4，T6T7关断之后is换流至D5D8，并开始减小；i2也随之负向减小；同时ic负向减小，t7时刻减小至零，随后正向增加(原因是L1>>L2，此时i1>>i2,所以i1会经过C1C4充电，C2C3放电，造成ic正向增加)；
[0035]t8
‑
t9阶段，如图4g：C1
‑
C4电容充放电结束之后(保证死区时间大于充放电时间才能实现D2D3续流)，ic开始经过D2D3续流，为T2T3开通实现零电压做准备；
[0036]t9
‑
t10阶段，如图4h：t9时刻T2T3和T5T8零电压开通，实现ZVS。
[0037]综上，正向工作时，整流侧与逆变侧开关管T2、T3、T5、T8零电压开通，整流侧二极管D6，D7零电流关断。
[0038]所述双向CLL谐振变换器反向工作时等效模型为Type
‑
4模型，如图5a和图5b。其结构包括：谐振电感Lr，高频变压器副边等效励磁电感Lm_N，等效谐振电容Cr_eq_N，等效交流阻抗Rac_eq_N，其中：Cr_eq_N为反向工作时谐振电感Cr等效到变压器副边的等效谐振电容，Rac_eq_N为反向运行时变压器原边电路等效到逆变侧的等效交流阻抗。
[0039]如图6a和图6b所示，所述在反向等效模型下，反向运行等效拓扑变换为：
[0040]当励磁电感加入谐振时，谐振本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双向cll谐振变换器，其特征在于，所述双向cll谐振变换器的结构包括第一母线电容C9、第一H桥、谐振电容Cr、高频变压器T0、谐振电感Lr、第二H桥、第二母线电容C10，其中，所述谐振电容Cr、高频变压器T0和谐振电感Lr构成谐振腔。2.根据权利要求1所述的一种双向cll谐振变换器，其特征在于，所述第一母线电容C9与所述第一H桥的直流侧V1+和V1
‑
相连，所述第一H桥的左桥臂中点A与所述谐振电容Cr相连，所述谐振电容Cr和所述第一H桥右桥臂中点B与所述高频变压器T0原边相连，所述高频变压器T0的副边与所述第二H桥的右桥臂中点C和所述谐振电感Lr相连，所述谐振电感Lr与所述第二H桥的左桥臂中点D相连，所述第二H桥的直流侧V2+和V2
‑
与所述第二母线电容C10相连。3.基于上述任一权利要求的一种双向cll谐振变换器控制方法，其特征在于，所述双向CLL谐振变换器正向工作时，第一H桥工作在逆变状态，第二H桥工作在整流状态，能量从V1流向V2；所述双向CLL谐振变换器反向工作时，第一H桥工作在整流状态，第二H桥工作在逆变状态，能量从V2流向V1。4.根据权利要求3所述的一种双向cll谐振变换器控制方法，其特征在于，所述双向cll谐振变换器的驱动方式为两组频率固定，占空比为50％的PWM波，第一H桥的结构包括左桥臂开关管T1、T2，右桥臂开关管T3、T4，第二H桥的结构包括左桥臂开关管T5、T6，右桥臂开关管T7、T8，其中T1、T4、T6、T7驱动信号相同，T2、T3、T5、T8驱动信号相同，两组驱动互补导通。5.根据权利要求4所述的一种双向cll谐振变换器控制方法，其特征在于，所述双向CLL谐振变换器正向工作时等效模型为Type
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11模型，其构成包括：谐振电容Cr，高频变压器T0原边励磁电感Lm_P，等效谐振电感Lr_eq_P，等效交流阻抗Rac_eq_P，其中，Lr_eq_P为正向工作时谐振电感Lr等效到变压器原边的等效谐振电感，Rac_eq_P为正向运行时副边电路等效到逆变侧的等效交流阻抗。6.根据权利要求5所述的一种双向cll谐振变换器控制方法，其特征在于，所述根据双向CLL谐振变换器正向工作时等效模型等效变换后的结构包括：L2＝Lr_eq_P，正向工作时谐振电感Lr等效到变压器T0原边的等效谐振电感；L1＝Lm_P，高频变压器T0原边励磁电感；Cr，谐振电容；流过谐振电容Cr的电流为ic，流过高频变压器T0原边励磁电感L1的电流为i1，流过L2的电流为i2，流过二极管D5的电流为i5，流过二极管D7的电流为i7。7.根据权利要求6所述的一种双向cll谐振变换器控制方法，其特征在于，所述双向CLL谐振变换器正向工作时模态如下：分析i1为正时的工作状态，双向CLL谐振变换器正向工作模态：t3
‑
t4阶段：T1、T4、T6、T7开通，ic过峰值后正向减小，t4时刻ic＝i1；i1过零后正向增大，ic＝i1+i2，t4时刻i1＝ic，i2＝0；t4时刻：i1＝ic，i2＝0，D6,D7零电流关断，T6T7一直导通，V2，C10开始放电，变压器副
边线圈开始励磁，产生电流is；t4
‑
t5阶段：变压器反向励磁导致i2过零后负向增加，副边对逆变侧短暂能量回馈，反向电流大小为is，ic继续减小，i1＝ic+i2；t5时刻ic＝0,i1＝i2；t5
‑
t6阶段：i1继续增大，ic过零后负向增加的原因使is在增加,i2，i7负向增大；t6时刻，T1、T4、T6、T7关断，ic和i2,i7到达负向暂态峰值，T6T7硬关断；t6
‑
t8阶段：进入死区T1T4，T6T7关断之后is换流至D5D8，并开始减小；i2也随之负向减小；同时ic负向减小，t7时刻减小至零，随后正向增...

【专利技术属性】
技术研发人员：禹金标，白洪超，赵迎辉，
申请(专利权)人：山东艾诺仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：