双向输出L2C3谐振变换器制造技术

本发明专利技术涉及一种双向输出L2C3谐振变换器，包括两个激励源和谐振腔，激励源均为半波式桥式电路；谐振腔包括一个变压器，三个电容和两个电感；变压器原边绕组并联谐振电容C

【技术实现步骤摘要】
双向输出L2C3谐振变换器


[0001]本专利技术涉及一种变换器技术，特别涉及一种双向输出L2C3谐振变换器。

技术介绍

[0002]双向DC/DC变换器是储能系统的重要组件，是将其并入电网的通路。双向变换器的双向能量通路可以保证储能系统在充放电模式下灵活切换，以消除负载端电能断流或失稳的现象。除此之外，双向变换器还被广泛应用于电动汽车、电池管理系统、航天航空装置和大容量不间断电源等领域，具备广阔的应用前景。
[0003]其中双向谐振变换器具有诸多优势：ZVS实现降低开关损耗提升效率，高频有助于减小变换器体积。但是传统双向LLC谐振变换器在恒定电流输出模式下，对负载变化敏感，需要实时改变开关频率，所以在恒流输出的应用场合需要较高的控制复杂度。

技术实现思路

[0004]针对谐振变换器存在的问题，提出了一种双向输出L2C3谐振变换器，可以实现开环控制下的双向恒定电流输出，并通过同步整流实现效率提升。
[0005]本专利技术的技术方案为：一种双向输出L2C3谐振变换器，包括两个激励源和谐振腔，激励源均为半波式桥式电路，由直流电源串联两个开关管构成；谐振腔包括一个变压器，三个电容和两个电感；变压器原边绕组并联谐振电容C
p
，变压器原边同名端接串联的谐振电容C1和电感L1，电感L1另一端接第一激励源串联两个开关管的连接点；变压器副边同名端接谐振电容C2，谐振电容C2另一端接第二激励源串联两个开关管的连接点，变压器的副边漏感L
g
作为谐振电感；变压器的原、副边同名端的另一端分别接对应激励源直流电源负极。
[0006]优选的，所述谐振腔有两个谐振频率，原边谐振频率和副边谐振频率，原边谐振频率为由串联的谐振电感L1、谐振电容C1和并联谐振电容C
p
构成的串联谐振；副边谐振频率为由串联谐振电容C2、变压器复变漏感L
g
和并联谐振电容C
p
构成的串联谐振。
[0007]优选的，所述两个激励源通过谐振腔连接，控制开关频率，调整开关频率/工作谐振频率的比值，实现两个激励源互为能量输出端和能量输入端。
[0008]优选的，所述谐振腔工作谐振频率为激励端谐振频率。
[0009]优选的，所述一个激励源中的串联两个开关管作为激励开关管，另一个激励源中的串联两个开关管作为整流开关管，激励开关管和整流开关管开关频率相同，谐振腔谐振同时同步整流。
[0010]本专利技术的有益效果在于：本专利技术双向输出L2C3谐振变换器，通过一种全新的电路拓扑实现能量的双向传递，并且在能量传递时，采用简单控制的同步整流，并且全部的主动开关都能实现软开关，电路工作效率的提升。电路具有恒定电流工作的特性，在开环控制状态下，输出电流不随负载的变化而变化，可以很好的适用于双向恒定电流工作模式。
附图说明
[0011]图1为本专利技术双向输出L2C3谐振变换器拓扑结构图；
[0012]图2为本专利技术双向输出L2C3谐振变换器电路电流增益与工作频率的对应关系图；
[0013]图3a为本专利技术降压时谐振腔阻抗的虚部(b1)随归一化频率fn的变化关系图；
[0014]图3b为本专利技术升压时谐振腔阻抗的虚部(b1)随归一化频率fn的变化关系图；
[0015]图4为本专利技术双向输出L2C3谐振变换器降压模式下工作关键波形图；
[0016]图5为本专利技术双向输出L2C3谐振变换器升压模式下工作关键波形图；
[0017]图6a为本专利技术双向输出L2C3谐振变换器降压模式输出电流图；
[0018]图6b为本专利技术双向输出L2C3谐振变换器升压模式输出电流图；
[0019]图7a为本专利技术双向输出L2C3谐振变换器降压模式工作效率图；
[0020]图7b为本专利技术双向输出L2C3谐振变换器升压模式工作效率图。
具体实施方式
[0021]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0022]如图1所示双向输出L2C3谐振变换器拓扑结构图，包括两个激励源和谐振腔，激励源均为半波式桥式电路，由直流电源(电池)串联两个开关管构成。谐振腔包括一个变压器，三个电容和两个电感。变压器原边绕组并联谐振电容C
p
，变压器原边同名端接串联的谐振电容C1和电感L1，电感L1另一端接第一激励源串联两个开关管的连接点a；变压器副边同名端接谐振电容C2，谐振电容C2另一端接第二激励源串联两个开关管的连接点c，图1中谐振电感L
g
为变压器的副边漏感；变压器的原、副边同名端的另一端(点b、d)分别接对应激励源直流电源负极；第一激励源包括直流电源V
DC1
和两个开关管Q1、Q2；第二激励源包括直流电源V
DC2
和两个开关管Q3、Q4。原副边均为主动桥，电路可以实现能量的双向传递。谐振腔有两个谐振频率，原边谐振频率和副边谐振频率，原边谐振频率为由串联的谐振电感L1、谐振电容C1和并联谐振电容C
p
构成的串联谐振。副边谐振频率为由串联谐振电容C2、变压器复变漏感L
g
和并联谐振电容C
p
构成的串联谐振。当对电路进行对称设计，即原副边谐振参数相同时，原副边谐振频率相等。电路结构在进行参数设计时，如果需要进行原副边对称设计，则变压器的变比设计为1：1，如果进行非对称设计，则同步整流的预测和计算需要进行重新计算，同时输入输出特性也需要重新设计。
[0023]如图2所示双向输出L2C3谐振变换器电路电流增益与工作频率的对应关系图，图2中的R1
‑
R5代表不同的负载阻抗，图2的纵坐标表示输出电流比输入电压(电流增益)，即纵坐标越高输出电流越大，只考虑电流输出，升压降压取决于两个输入端电压关系和移相角。降压模式需要副边开关信号移相角落后于原边信号，反之则为升压模式。fs为开关频率，fr为谐振频率，通过fs和fr的比值与1的关系来判断，开关频率大于还是小于谐振频率。
[0024]电路有两种工作模式，降压和升压模式。
[0025]降压模式：原边输入，副边输出，即第一激励源中直流电源V
DC1
经过半波式桥式电路变为交流方波输出，再经过谐振腔变为高频正弦交流，高频正弦交流电输出经过第二激励源中两个开关管整流后输出至负载V
DC2
，直流电源V
DC1
放电，V
DC2
充电。从图3a可以看出，当
开关频率低于谐振腔谐振频率，即f
n1
＝开关频率/谐振频率<1时，电路工作在感性区间，激励开关管Q1、Q2和整流开关Q3、Q4的开关频率相同，保证同步整流。这样原边半桥两个开关管Q1、Q2可以实现软开关来提升电路效率。当电路工作在恒定电流输出模式时，由于开关频率低于谐振频本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双向输出L2C3谐振变换器，其特征在于，包括两个激励源和谐振腔，激励源均为半波式桥式电路，由直流电源串联两个开关管构成；谐振腔包括一个变压器，三个电容和两个电感；变压器原边绕组并联谐振电容C
p
，变压器原边同名端接串联的谐振电容C1和电感L1，电感L1另一端接第一激励源串联两个开关管的连接点；变压器副边同名端接谐振电容C2，谐振电容C2另一端接第二激励源串联两个开关管的连接点，变压器的副边漏感L
g
作为谐振电感；变压器的原、副边同名端的另一端分别接对应激励源直流电源负极。2.根据权利要求1所述双向输出L2C3谐振变换器，其特征在于，所述谐振腔有两个谐振频率，原边谐振频率和副边谐振频率，原边谐振频率为由串联的谐振电感L1、谐振电容C1和并联谐振电容C

【专利技术属性】
技术研发人员：韦峥祺，王浩宇，
申请(专利权)人：上海科技大学，
类型：发明
国别省市：