一种CLLC谐振电路与Buck-Boost电路组合的三端口双向DC-DC变换器制造技术

随着直流微电网系统及电动汽车的发展，在电能传输连接、路由和车载电力系统等方面对双向DC

【技术实现步骤摘要】
一种CLLC谐振电路与Buck
‑
Boost电路组合的三端口双向DC
‑
DC变换器

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[0001]本专利技术所属电力电子开关电源领域，涉及一种CLLC谐振电路与Buck
‑
Boost电路组合的三端口双向DC
‑
DC变换器结构。

技术介绍
：
[0002]随着直流微电网系统、新能源电动汽车以及能源路由系统的快速发展，对双向DC
‑
DC变换器系统小型化、多端口化的需求增加。针对双向DC
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DC变换器领域，为提高系统的可靠性及满足变换器对多电压等级条件下的电能供应需求，可通过在变换器系统中增加冗余端口来实现。在现有双向CLLC谐振变换器拓扑基础上结合四开关Buck
‑
Boost电路组合成三端口双向DC
‑
DC变换器，实现了电能在变换器各端口之间双向传输且所有MOSFETs均可软开关动作以提高变换器电能传输效能。

技术实现思路
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[0003]为使双向DC
‑
DC变换器具备三端口软开关特性，同时考虑变换器降低成本及减小体积的条件，本专利技术在双向CLLC谐振变换器的基础上组合Buck
‑
Boost电路提出一种新型的具备软开关特性的三端口双向DC
‑
DC变换器。
[0004]本专利技术的技术方案如下：
[0005]一种CLLC谐振电路与Buck
‑
Boost电路组合的三端口双向DC/>‑
DC变换器，是在双向CLLC谐振电路原边的基础上结合Buck
‑
Boost电路，使变换器具备了U
p
、U1、U
s
三个独立直流电压端口。U
p
和U1在变换器原边，U
s
在变换器副边，变换器原边和副边通过高频隔离型变压器连接，可实现电能在变换器原边和副边之间双向传递。
[0006]所述变换器原边电路，包括：直流电压端口U
p
和U1，原边全桥电路，CLLC谐振电路原边谐振腔，以及原边Buck
‑
Boost电路。变换器CLLC谐振电路的原边电压端口为U
p
，该端口的滤波电容为C
p
，开关管S1、S2、S3和S4为原边MOSFET开关管，开关管S1和S2构成第一桥臂，开关管S3和S4构成第二桥臂。在CLLC谐振电路原边谐振腔中，L
rp
为原边谐振电感，L
rp
一端与第一桥臂(S1和S2)的中点连接，C
rp
为原边谐振电容，C
rp
一端与第二桥臂(S3和S4)的中点连接。变换器原边Buck
‑
Boost电路的电压端口为U1，该端口的滤波电容为C1，L1为Buck
‑
Boost电路中的电感，Q1和Q2为Buck
‑
Boost电路中的MOSFET开关管，开关管Q1和Q2构成第三桥臂，电感L1两端分别与第一桥臂(S1和S2)和第三桥臂(Q1和Q2)的中点连接，开关管Q1、Q2、S1、S2与电感L1组成四开关Buck
‑
Boost电路。
[0007]所述变换器副边电路，包括：直流电压端口U
s
，副边全桥电路，以及CLLC谐振电路副边谐振腔。变换器副边CLLC谐振电路的电压端口为U
s
，该端口的滤波电容为C
s
，开关管S5、S6、S7和S8为副边MOSFET开关管，开关管S5和S6构成第四桥臂，开关管S7和S8构成第五桥臂。在CLLC谐振电路副边谐振腔中，L
rs
为副边谐振电感，L
rs
一端与第四桥臂(S5和S6)的中点连接，C
rs
为副边谐振电容，C
rs
一端与第五桥臂(S7和S8)的中点连接。
均不施加驱动信号，依靠其反并联寄生二极管实现整流输出。
[0015]运行模式5的控制方法：U
p
作为变换器CLLC谐振电路的原边电压输入端口，U1作为变换器原边四开关Buck
‑
Boost电路的电压输入端口，U
s
作为变换器CLLC谐振电路的副边电压输出端口，为双端口输入、单端口输出模式。U
p
和U1两个端口间电压的连接依靠调节四开关Buck
‑
Boost电路中Q1与Q2的开关占空比实现，其中开关管Q1和Q2互补导通，开关管Q1和Q2组成的桥臂电路与开关管S1和S2组成的桥臂电路开通时刻需有一定相位关系为四开关Buck
‑
Boost电路软开关动作创造条件。端口U
s
的电压输出通过控制CLLC谐振电路中开关管S1、S2、S3和S4的开关频率及四开关Buck
‑
Boost电路开关管Q1和Q2的占空比综合实现，该模式下控制过程中的原边开关管Q1、Q2、S1、S2、S3和S4开关频率均保持同步，其中开关管Q1和Q2互补导通，S1和S2互补导通，S3和S4互补导通，开关管S1和S4同相位运行，开关管S2和S3同相位运行，CLLC谐振电路副边开关管S5、S6、S7和S8均不施加开关驱动信号，依靠其反并联寄生二极管实现整流。
[0016]本专利技术的有益效果在于：
[0017](1)所提出的三端口双向DC
‑
DC变换器通过冗余端口的设计，能提高变换器系统的供电稳定性，同时在特殊需求下可对旁路负载供电。
[0018](2)所提出变换器电压输入侧开关管在一定开关频率范围内可全部实现ZVS开通，相应条件下电压输出侧的开关管可实现ZCS关断，软开关动作的实现能有效提高变换器电能输出效率。
[0019](3)所提出变换器具备多种运行模式，能满足双向DC
‑
DC变换器在不同领域以及复杂工况下的运行需求，同时具有较宽范围的电压调节能力。
附图说明
[0020]图1为本专利技术提出的一种CLLC谐振电路与Buck
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Boost电路组合的三端口双向DC
‑
DC变换器电路拓扑。
[0021]图2为该变换器电能由原边向副边传输时变压器在正向激励下运行。
[0022]图3为该变换器电能由副边向原边传输时变压器在反向激励下运行。
[0023]图4为所提出的一种CLLC谐振电路与Buck
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Boost电路组合的三端口双向DC
‑
DC变换器的运行模式1，U
p
为直流电压输入端口，U
s
为直流电压输出端口，该模式为单端口输入、单端口输出。
[0024]图5为所提出的一种CLLC谐振电路与Buck
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Boost电路组合的三端口双向DC
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DC变换器的运行模式2，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CLLC谐振电路与Buck
‑
Boost电路组合的三端口双向DC
‑
DC变换器，其特征在于：所述变换器原边电路，包括：直流电压端口U
p
和U1，原边全桥电路，CLLC谐振电路原边谐振腔，以及原边Buck
‑
Boost电路；变换器的CLLC谐振电路原边电压端口为U
p
，该端口的滤波电容为C
p
，开关管S1、S2、S3和S4为CLLC谐振电路的原边MOSFET开关管，组成全桥电路结构，开关管S1和S2构成第一桥臂，开关管S3和S4构成第二桥臂；在CLLC谐振电路原边谐振腔中，L
rp
为原边谐振电感，L
rp
一端与第一桥臂(S1和S2)的中点连接，C
rp
为原边谐振电容，C
rp
一端与第二桥臂(S3和S4)的中点连接；所述变换器原边Buck
‑
Boost电路的电压端口为U1，该端口的滤波电容为C1，L1为Buck
‑
Boost电路中的电感，Q1和Q2为Buck
‑
Boost电路中的MOSFET开关管，开关管Q1和Q2构成第三桥臂，电感L1两端分别与第一桥臂(S1和S2)和第三桥臂(Q1和Q2)的中点连接，开关管Q1、Q2、S1、S2和电感L1组成四开关Buck
‑
Boost电路；所述变换器副边电路，包括：直流电压端口U
s
，副边全桥电路，以及CLLC谐振电路副边谐振腔；变换器的CLLC谐振电路副边电压端口为U
s
，该端口的滤波电容为C
s
，开关管S5、S6、S7和S8为CLLC谐振电路的副边MOSFET开关管，组成全桥电路结构，开关管S5和S6构成第四桥臂，开关管S7和S8构成第五桥臂；在CLLC谐振电路副边谐振腔中，L
rs
为副边谐振电感，L
rs
一端与第四桥臂(S5和S6)的中点连接，C
rs
为副边谐振电容，C
rs
一端与第五桥臂(S7和S8)的中点连接；所述变换器各端口之间电能可实现双向传输，高频变压器原边绕组与副边绕组的变比记为n:1，正向运行时其励磁电感为L
m
，反向运行时其励磁电感为L'
m
，高频变压器连接CLLC谐振电路的原边谐振腔与副边谐振腔，构成原边与副边隔离型的三端口双向DC
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DC变换器。2.根据权利要求1所述的一种CLLC谐振电路与Buck
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Boost电路组合的三端口双向DC
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DC变换器，其特征在于，包括如下运行模式：运行模式1：U
p
为该变换器的原边直流电压输入端口，U
s
为该变换器的副边直流电压输出端口，该运行模式为单端口输入、单端口输出；原边开关管Q1和Q2为常关闭状态，且端口U1空载，U
s
的端口电压可通过控制变换器CLLC谐振电路原边开关管S1、S2、S3和S4的开关频率实现，且开关管S1、S2、S3和S4的开关频率保持同步，其中开关管S1和S2互补导通，S3和S4互补导通，开关管S1和S4同相位运行，开关管S...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓博，吴小华，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：