一种容错型谐振式直流-直流变换器制造技术

本发明专利技术提供一种容错型谐振式直流

【技术实现步骤摘要】
一种容错型谐振式直流
‑
直流变换器


[0001]本专利技术涉及电力电子直流功率电源
，尤其涉及一种容错型谐振式直流
‑
直流变换器。

技术介绍

[0002]直流变换器广泛应用于电动汽车供电系统、新能源发电系统、多电飞机和通信供电系统等供电系统中，在这些供电系统中，电源的可靠性尤为重要。在对供电可靠性要求较高的应用中，供电电源通常要求在发生故障时，仍然能够保证正常供电。因此，为了保证供电系统的可靠性，通常需要采用额外的备用电源，备用电源通常采用和原供电系统完全相同的变换器，这样会增加系统的成本和体积。另外一种方案是，供电电源采用具有容错功能的变换器，具有容错功能的变换器在电源发生故障时可以容错运行，以提高供电系统的可靠性；且具有容错功能的变换器相对备用电源方案，在成本和体积方面具有优势。
[0003]直流变换器通常由磁元件、电容器和功率半导体器件组成，其中功率半导体器件比较容易发生故障而导致变换器失效，功率半导体器件的故障可以分为短路故障和开路故障，其中短路故障可以在器件中加入一个保险丝而变成开路故障。在现有的文献中，Levy Costa在题为“A Family of Series
‑
Resonant DC
‑
DC converter with Fault
‑
Tolerance Capability”IEEE Transactions on IndustryApplications,2018.54(1):p.335r/>‑
344.中指出在全桥型谐振变换器中，当开关管发生故障时，电路由全桥结构变成半桥结构，会导致变换器的增益降为原来的一半，从而无法正常供电，因此Levy Costa在此文中提出了一种改变副边结构的容错型谐振式直流变换器。Nan Zhao在题为“Mode Analysis and Fault
‑
Tolerant Method ofOpenc
‑
Circuit Fault for DualActive Bridge DC/DC Converter”IEEE Transactions on Industrial Electronics,2020.67(8):p.6916
‑
6926.中研究双有源桥DC/DC变换器的容错运行模态和容错运行方法，文中提出了一种容错运行的方法，可以保证在故障状态下仍然能够正常运行，然而该方法只适用于开路故障。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种容错型谐振式直流
‑
直流变换器。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种容错型谐振式直流
‑
直流变换器，在现有LLC谐振式直流变换器的基础上，原边采用全桥式谐振电路，副边采用多绕组变压器通过辅助开关管和辅助二极管组成串
‑
并联可变的拓扑结构，实现在电路故障状态下电路增益仍然不变，仍能够提供负载要求的输出电压，即变换器具有容错的功能。
[0006]优选地，所述全桥式谐振变换电路包括第一支路、第二支路和谐振支路，所述第一支路由开关管S1和开关管S2串联组成，所述第二支路由开关管S3和开关管S4串联组成，所述谐振支路由串联的谐振电感、谐振电容和励磁电感组成。
[0007]优选地，所述开关管S1、开关管S2、开关管S3和开关管S4均串联保险丝。
[0008]优选地，所述副边电路采用多绕组变压器、两个整流器以及辅助开关管和辅助二极管实现串
‑
并联拓扑可变，变换器在正常运行状态下，辅助开关管控制两个整流器处于并联运行状态；变换器在容错运行状态下，辅助开关管控制两个整流器处于串联运行状态。
[0009]优选地，所述容错型谐振式直流
‑
直流变换器在正常运行状态下有两种换流模态：
[0010]模态1：开关管S1和S4导通，开关管S2和S3关断，此时谐振电感和谐振电容发生谐振，谐振电流呈现正弦波形，变压器励磁电感电流线性增加；
[0011]模态2：开关管S1和S4关断，开关管S2和S3导通，谐振电流仍然呈正弦波形，变压器励磁电感电流线性下降。
[0012]优选地，所述容错型谐振式直流
‑
直流变换器在故障运行状态下有两种换流模态：
[0013]模态Ⅰ：开关管S3发生开路故障，开关管S4仍保持开通；开关管S1导通，开关管S2关断；直流变换器以半桥谐振的方式运行；
[0014]模态Ⅱ：开关管S2导通，开关管S1关断；直流变换器以半桥谐振的方式运行。
[0015]优选地，所述容错型谐振式直流
‑
直流变换器的直流增益如下公式所示：
[0016][0017]其中，M为变换器的直流增益，n为变压器匝比，k为谐振电感与励磁电感的比值，f
n
为归一化频率，Q为品质因数。
[0018]采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本专利技术提供的一种容错型谐振式直流
‑
直流变换器，(1)可以提高直流供电系统的可靠性，在系统运行过程中，由于开关管等功率半导体器件容易发生故障，从而导致供电系统中断；本专利技术提供的容错型谐振式直流变换器可以在系统发生故障时，仍能够正常提供额定的直流电压，提高供电系统的可靠性。
[0019](2)本专利技术提供的容错型谐振式直流变换器，其容错功能在于通过副边串
‑
并联拓扑可变而实现的。由于串联的增益和是并联增益的两倍，正好可以解决谐振变换器原边的结构由于器件故障而发生半桥结构导致的增益降低的问题。
[0020](3)本专利技术提供的容错型谐振式直流变换器，其结构简单，构思巧妙，可以以极小的成本而提高变换器供电的可靠性，具有较强的实际应用价值。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例提供的一种容错型谐振式直流
‑
直流变换器；
[0022]图2为本专利技术实施例提供的容错型谐振式直流
‑
直流变换器在正常运行状态的电路图；
[0023]图3为本专利技术实施例提供的容错型谐振式直流
‑
直流变换器在正常运行状态的换流模态1图；
[0024]图4为本专利技术实施例提供的容错型谐振式直流
‑
直流变换器在正常运行状态的换流模态2图；
[0025]图5为本专利技术实施例提供的容错型谐振式直流
‑
直流变换器的理论分析波形图；
[0026]图6为本专利技术实施例提供的容错型谐振式直流
‑
直流变换器在容错运行状态的电
路图
[0027]图7为本专利技术实施例提供的容错型谐振式直流
‑
直流变换器在故障运行状态的换流模态Ⅰ图；
[0028]图8为本专利技术实施例提供的容错型谐振式直流
‑
直流变换器在故本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种容错型谐振式直流
‑
直流变换器，其特征在于：在现有LLC谐振式直流变换器的基础上，原边采用全桥式谐振电路，副边采用多绕组变压器通过辅助开关管和辅助二极管组成串
‑
并联可变的拓扑结构，实现在电路故障状态下电路增益仍然不变，仍能够提供负载要求的输出电压，即变换器具有容错的功能。2.根据权利要求1所述的一种容错型谐振式直流
‑
直流变换器，其特征在于：所述全桥式谐振变换电路包括第一支路、第二支路和谐振支路，所述第一支路由开关管S1和开关管S2串联组成，所述第二支路由开关管S3和开关管S4串联组成，所述谐振支路由串联的谐振电感、谐振电容和励磁电感组成。3.根据权利要求2所述的一种容错型谐振式直流
‑
直流变换器，其特征在于：所述开关管S1、开关管S2、开关管S3和开关管S4均串联保险丝。4.根据权利要求1所述的一种容错型谐振式直流
‑
直流变换器，其特征在于：所述副边电路采用多绕组变压器、两个整流器以及辅助开关管和辅助二极管实现串
‑
并联拓扑可变，变换器在正常运行状态下，辅助开关管控制两个整流器处于并联运行状态；变换器在容错运行状态下，辅助开关管控制两个整流器处于串联运行状态。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：李广地，杨东升，周博文，王迎春，罗艳红，金硕巍，张智博，王彤，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：