一种CLCLC型谐振变换器及调制方法技术

本发明专利技术公开了一种CLCLC型谐振变换器及调制方法，CLCLC型谐振变换器在LCL型谐振变换器基础上仅添加两个额外的电容，具有固有的直流阻断能力，可以防止变压器饱和，并且能更好地衰减谐振槽电流中的高次谐波。基于此谐振变换器，提出一种非对称调制策略，一次侧电压正半周脉冲宽度可调，负半周脉冲宽度固定为π，二次侧电压正半周脉冲宽度可调，负半周脉冲宽度固定为π。此外，二次侧电压滞后一次侧电压相位。调整谐振电流的相位与电压相位同相，即一次侧谐振电流相位为0，二次侧谐振电流相位为。可以实现零循环电流、零回流功率、全部开关管的软开关运行，获得最小化的导通损耗和开关损耗，极大地提高了变换器的效率。极大地提高了变换器的效率。极大地提高了变换器的效率。

【技术实现步骤摘要】
一种CLCLC型谐振变换器及调制方法


[0001]本专利技术涉及谐振双有源桥变换器的调制
，具体的涉及一种CLCLC型谐振变换器及调制方法。

技术介绍

[0002]高频隔离DC
‑
DC变换器被广泛运用在储能系统、车到电网(V2G)系统和固态变压器之中。其中，双有源桥(DAB)变换器是研究和应用最广泛的双向功率转换器拓扑结构之一。在其发展的早期阶段，由于功率器件的性能限制，DAB变换器受到高功率损耗的影响，导致较低的效率。随着新的功率器件和磁性材料的发展，DAB转换器的效率和功率密度已得到显著改善，使其在许多工业应用中具有吸引力。
[0003]目前，为了提高DAB变换器效率，学者们提出了不同调制策略。传统的单移相（single
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phase
‑
shift，SPS）控制会使得变换器运行过程中存在回流功率的问题，且开关管难以实现软开关；拓展移相控制(extended
‑
phase
‑
shift，EPS)可以减少无功环流和电流应力，增加开关的软开关范围；双移相控制（dual
‑
phase
‑
shift，DPS）也可以降低了变换器的无功环流和损耗；三移相控制（triple
‑
phase
‑
shift，TPS）使变换器在轻载条件下也可以实现软开关，有效减少了无功环流和电流应力，但是控制的复杂度也提高了。然而，不管是哪一种移相方法，都很难对回流功率和开关损耗同时进行优化，这极大地限制了DAB变换器性能的提升。
[0004]公开号CN110445392A公开了一种新型交错并联双管正激变换器及其调制策略，变换器包括第一双管正激变换器、第二双管正激变换器、无源辅助回路、滤波电路、负载电路和直流电源。本专利技术采用移相PWM调制策略，第一双管正激变换器与第二双管正激变换器相位互差180
°
电角度互补运行。该变换器可以消除整流二极管中的寄生振荡以及瞬时过电压，但是无法防止变压器饱和，无法衰减谐振槽电流中的高次谐波，影响了变换器的效率。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种CLCLC型谐振变换器及其非对称调制方法，当变换器运行在额定输出功率的25%到100%之间时，能够实现零循环电流、零回流功率和所有开关管的软开关运行，实现最小化的导通损耗和开关损耗，极大地提高了变换器的效率。
[0006]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种CLCLC型谐振变换器，包括依次相连的一次侧全桥、谐振槽、高频变压器和二次侧全桥，所述一次侧全桥包括开关管S1~S4，所述开关管S1~S4构成一次侧有源全桥电路；所述谐振槽包括设置在一次侧的依次连接的一次侧谐振电容C
p
、谐振电感L
p
和谐振电容C
x
，及设置在二次侧的二次侧谐振电容C
s
和谐振电感L
s
，所述谐振电容C
x
设置在高频变压器的原边的两端；所述高频变压器的匝数比为1：n；所述二次侧全桥包括开关管Q1~Q4，所述开关管Q1~Q4构成二次侧有源全桥电路。
[0007]本专利技术还公开了一种CLCLC型谐振变换器的调制方法，采用上述的CLCLC型谐振变
换器，调制方法包括以下步骤：步骤S01：一个周期内，使得一次侧电压正半周脉冲宽度可调，负半周脉冲宽度固定为π，使得二次侧电压正半周脉冲宽度可调，负半周脉冲宽度固定为π；步骤S02：调节二次侧电压滞后一次侧电压相位；通过调整谐振电流的相位与电压相位同相，即一次侧谐振电流相位为0，二次侧谐振电流相位为。
[0008]优选的技术方案中，所述步骤S01中，调节开关管S1~S4的脉冲宽度，使开关管S1和S2保持50%占空比，将开关管S4的脉冲宽度调整到δ，开关管S3的脉冲宽度与S4互补，产生一个具有三电平的非对称电压波形，其正脉宽调整到δ，负脉宽固定为π。
[0009]优选的技术方案中，调节开关管Q1~Q4的脉冲宽度，使开关管Q3和Q4保持50%占空比，开关管Q1的脉冲宽度调整到δ，开关管Q2的脉冲宽度与其互补，且开关管Q4滞后开关管S1角度，产生一个具有三电平的非对称电压波形，其负脉宽固定为π，正脉宽调整到δ。
[0010]优选的技术方案中，所述步骤S02之后还包括：对谐振电流的相位进行调整；将一次侧谐振电流i
p
过零点调整在0处，二次侧谐振电流i
s
过零点调整在处，从而使得谐振电流与电压同相位，即满足以下条件：时，实现零循环电流、零回流功率。
[0011]优选的技术方案中，一次侧谐振电流i
p
，二次侧谐振电流i
s
的计算方法包括：得到变换器在相量域下的等效电路，根据KCL和KVL定律，得到：域下的等效电路，根据KCL和KVL定律，得到：其中，是一次侧中点交流电压v
p
的相量表达形式，是二次侧中点交流电压v
s
转换到一次侧的相量表达形式，是L
s
转换到一次侧的变量，是C
s
转换到一次侧的变量；为一次侧谐振电流的相量形式，为二次侧谐振电流的相量形式，为开关角频率，L
p
为一次侧谐振电感，L
s
为二次侧谐振电感，C
s
为二次侧谐振电容；当电路谐振运行时，开关角频率等于谐振角频率，谐振角频率，上述表达式化简为：表达式化简为：
采用基波近似法进行稳态分析，v
p
和二次侧基波电压的相量表达形式表示为：的相量表达形式表示为：进一步得到：V
in
和V
out
分别是输入电压和输出电压。
[0012]优选的技术方案中，还包括：得到输出功率：其中，表示最大输出功率，，输出功率的标幺值，由于δ的范围在0到π之间，得到标幺值输出功率在25%到100%之间。
[0013]本专利技术又公开了一种CLCLC型谐振变换器的调制系统，采用上述的CLCLC型谐振变换器，调制系统包括：一次侧波形调节模块，一个周期内，使得一次侧电压正半周脉冲宽度可调，负半周脉冲宽度固定为π；二次侧波形调节模块，使得二次侧电压正半周脉冲宽度可调，负半周脉冲宽度固定为π；调节二次侧电压滞后一次侧电压相位；通过调整谐振电流的相位与电压相位同相，即一次侧谐振电流相位为0，二次侧谐振电流相位为。
[0014]优选的技术方案中，所述二次侧波形调节模块，调节开关管Q1~Q4的脉冲宽度，使开关管Q3和Q4保持50%占空比，开关管Q1的脉冲宽度调整到δ，开关管Q2的脉冲宽度与其互补，且开关管Q4滞后开关管S1角度，产生一个具有三电平的非对称电压波形，其负脉宽固定为π，正脉宽调整到δ。
[0015]优选的技术方案中，还包括相位调整模块，对谐振电流的相位进行调整；将一次侧谐振电流i
p
过零点调整在0处，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CLCLC型谐振变换器，其特征在于，包括依次相连的一次侧全桥、谐振槽、高频变压器和二次侧全桥，所述一次侧全桥包括开关管S1~S4，所述开关管S1~S4构成一次侧有源全桥电路；所述谐振槽包括设置在一次侧的依次连接的一次侧谐振电容C
p
、谐振电感L
p
和谐振电容C
x
，及设置在二次侧的二次侧谐振电容C
s
和谐振电感L
s
，所述谐振电容C
x
设置在高频变压器的原边的两端；所述高频变压器的匝数比为1：n；所述二次侧全桥包括开关管Q1~Q4，所述开关管Q1~Q4构成二次侧有源全桥电路。2.一种CLCLC型谐振变换器的调制方法，其特征在于，采用权利要求1所述的CLCLC型谐振变换器，调制方法包括以下步骤：步骤S01：一个周期内，使得一次侧电压正半周脉冲宽度可调，负半周脉冲宽度固定为π，使得二次侧电压正半周脉冲宽度可调，负半周脉冲宽度固定为π；步骤S02：调节二次侧电压滞后一次侧电压相位；通过调整谐振电流的相位与电压相位同相，即一次侧谐振电流相位为0，二次侧谐振电流相位为。3.根据权利要求2所述的CLCLC型谐振变换器的调制方法，其特征在于，所述步骤S01中，调节开关管S1~S4的脉冲宽度，使开关管S1和S2保持50%占空比，将开关管S4的脉冲宽度调整到δ，开关管S3的脉冲宽度与S4互补，产生一个具有三电平的非对称电压波形，其正脉宽调整到δ，负脉宽固定为π。4.根据权利要求2所述的CLCLC型谐振变换器的调制方法，其特征在于，调节开关管Q1~Q4的脉冲宽度，使开关管Q3和Q4保持50%占空比，开关管Q1的脉冲宽度调整到δ，开关管Q2的脉冲宽度与其互补，且开关管Q4滞后开关管S1角度，产生一个具有三电平的非对称电压波形，其负脉宽固定为π，正脉宽调整到δ。5.根据权利要求2所述的CLCLC型谐振变换器的调制方法，其特征在于，所述步骤S02之后还包括：对谐振电流的相位进行调整；将一次侧谐振电流i
p
过零点调整在0处，二次侧谐振电流i
s
过零点调整在处，从而使得谐振电流与电压同相位，即满足以下条件：时，实现零循环电流、零回流功率。6.根据权利要求5所述的CLCLC型谐振变换器的调制方法，其特征在于，一次侧谐振电流i
p
，二次侧谐振电流i
s
的计算方法包括：得到变换器在相量域下的等效电路，...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡松，汪锐，李晓东，钟黎萍，毛丽民，
申请(专利权)人：常熟理工学院，
类型：发明
国别省市：