一种双变压器式谐振变换器及其调制方法技术

本发明专利技术公开了一种双变压器式谐振变换器及其调制方法，包括一次侧三桥臂电路和二次侧全桥电路两部分，所述一次侧三桥臂电路由4个MOSFET开关管组成，每个开关管处并联1个体二极管以及1个寄生电容。此电路视为两个半桥电路并联。所述二次侧全桥电路由4个二极管组成，谐振电感L

【技术实现步骤摘要】
一种双变压器式谐振变换器及其调制方法


[0001]本专利技术涉及电力电子变换
，具体为一种双变压器式谐振变换器及其调制方法。

技术介绍

[0002]在可再生能源发电、储能系统、电动汽车等领域，DC
‑
DC谐振变换器是必不可少的电能转换装置。其中双有源桥谐振变换器由于其高功率密度、电气隔离和易于实现零电压开关(ZVS)等优点应用最为广泛。传统双有源桥谐振变换器通常由两个有源全桥、谐振槽和一个高频变压器组成，通过控制两个高频电压的移相角来控制变换器由输入侧到输出侧输送的功率。
[0003]双有源桥谐振变换器常用的调制方法为移相调制，例如单移相调制(SPS)、扩展移相调制(EPS)、双移相调制(DPS)、三移相调制(TPS)等。虽然这些调制方法可以在一定程度上优化变换器的无功功率、循环电流、软开关特性等性能，但也不可避免的存在轻载下无法保证ZVS的问题，增加了变换器的开关损耗，从而导致变换器的效率降低。基于此，本专利技术设计了一种双变压器式谐振变换器及其调制方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种双变压器式谐振变换器及其调制方法，以解决现有技术中所存在的低功率下变换器会丢失ZVS，从而导致开关损耗增加，效率低下的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种双变压器式谐振变换器，包括：
[0006]本专利技术提出了一种双变压器式谐振变换器及其调制方法，包括：
[0007]一次侧三桥臂电路，所述一次侧三桥臂电路包括4个MOSFET开关管，每个开关管处并联1个体二极管以及1个寄生电容，视为两个半桥电路并联；
[0008]二次侧全桥电路，所述二次侧全桥电路由4个二极管组成，谐振电感L
r
和谐振电容C
r
在二次侧串联；
[0009]所述一次侧三桥臂电路与二次侧全桥电路通过两个高频变压器T1和T2相连接，变压器原边侧为一次侧三桥臂电路，作为双变压器式变换器的输入端，副边侧为二次侧全桥电路，作为变换器的输出端，变压器一次侧并联，二次侧串联；
[0010]通过设计选择变压器变比k，在全负载范围下软开关运行。
[0011]优选的，V
H
和V
L
分别是输入电压和输出电压，i
r
和i
L
分别是谐振电流和输出电流，C
r
和C
L
分别是外接谐振电容和滤波电容，L
r
为外接谐振电感和变压器漏感之和，M
A
到M
D
为一次侧三桥臂电路的开关管元件，d1到d4为二次侧全桥的二极管元件，一次侧三桥臂电路4个开关管元件每个都是由一个体二极管d
A
到d
D
和一个寄生电容C
MA
到C
MD
组成，n1和n2分别是变压器T1和T2变比，并令k为两个变压器变比的比值，k＝n2/n1。
[0012]更进一步，双变压器式谐振变换器的一次侧三桥臂电路视为由两个半桥电路M
A
、M
B
、T1和M
C
、M
D
、T2并联组成，直流电源V
H
并联两个均压电容C1、C2，并由两个半桥电路共享；寄
生电容C
MA
到C
MD
与开关管并联，减少关断损失；一次侧三桥臂电路中的两个半桥电路在高频变压器T1、T2的原边侧并联；高频变压器与谐振电感L
r
和谐振电容C
r
串联后与二次侧全桥电路的4个二极管相连，变换器的输出端采用滤波电容。
[0013]优选的，调节一次侧三桥臂开关管M
A
到M
D
的移相角，由此产生中点交流电压v
xz
和v
yz
的波形：开关M
A
、M
B
、M
C
、M
D
的占空比均为50％，且开关M
A
和M
B
，M
C
和M
D
互补导通；调节开关M
C
滞后M
A
角度α，因此，产生了两个中点交流电压v
xz
和v
yz
波形。
[0014]更进一步，由于二次侧全桥电路由4个二极管组成，因此变换器二次侧实现自然整流，即谐振电流i
r
与二次侧交流电压v
mn
同相位运行；二次侧交流电压v
mn
滞后于开关M
A
开启点角度γ，即滞后于中点电压v
xz
角度γ。
[0015]更进一步，由于变换器谐振运行，可采用基波近似FHA法进行稳态分析；由变换器的电路结构得到变换器的FHA等效电路图，其中两个电压源分别是v
eq
和v
mn
，M为电压增益、ω
s
为开关角频率，v
xz
、v
yz
为一次侧高频交流电压，v
mn
为二次侧高频交流电压，γ为v
mn
滞后v
xz
的移相角，v
eq
是v
xz
和v
yz
的等效电压源；由此可以得到v
eq
和v
mn
的时域基波表达式；
[0016][0017][0018]更进一步，根据变压器T1的匝数比n1得出变换器的电压增益M；根据标幺化开关频率F＝ω
s
/ω
r
、开关角频率ω
s
、质量因数Q＝ω
r
L
r
/Z
B
可以得到谐振电感与谐振电容的标幺化阻抗：
[0019]QF
‑
Q/F
[0020]利用等效电路图，先求出谐振电流相角Φ
ir,pu
和峰值电流I
r,pu
表达式，进而可以得到标幺化的谐振电流表达式：
[0021]i
r,pu
(ω
s
t)＝I
r,pu
cos(ω
s
t+Φ
ir,pu
)
[0022]其中i
r,pu
为标幺化谐振电流，I
r,pu
为标幺化谐振电流的峰值，Φ
ir,pu
为谐振电流与v
eq
的移相角；
[0023]进而得到标幺化输出功率P
L,pu
关于一次侧三桥臂电路开关管内移相角α与二次侧移相角γ的表达式：
[0024][0025]由于二次侧全桥实现自然整流，变换器谐振电流i
r
与二次侧电压v<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双变压器式谐振变换器及其调制方法，其特征在于：包括：一次侧三桥臂电路，所述一次侧三桥臂电路包括4个MOSFET开关管，每个开关管处并联1个体二极管以及1个寄生电容，视为两个半桥电路并联；二次侧全桥电路，所述二次侧全桥电路由4个二极管组成，谐振电感L
r
和谐振电容C
r
在二次侧串联；所述一次侧三桥臂电路与二次侧全桥电路通过两个高频变压器T1和T2相连接，变压器原边侧为一次侧三桥臂电路，作为双变压器式变换器的输入端，副边侧为二次侧全桥电路，作为变换器的输出端，变压器一次侧并联，二次侧串联；通过设计选择变压器变比k，在全负载范围下软开关运行。2.根据权利要求1所述的一种双变压器式谐振变换器及其调制方法，其特征在于：V
H
和V
L
分别是输入电压和输出电压，i
r
和i
L
分别是谐振电流和输出电流，C
r
和C
L
分别是外接谐振电容和滤波电容，L
r
为外接谐振电感和变压器漏感之和，M
A
到M
D
为一次侧三桥臂电路的开关管元件，d1到d4为二次侧全桥的二极管元件，一次侧三桥臂电路4个开关管元件每个都是由一个体二极管d
A
到d
D
和一个寄生电容C
MA
到C
MD
组成，n1和n2分别是变压器T1和T2变比，并令k为两个变压器变比的比值，k＝n2/n1。3.根据权利要求2所述的一种双变压器式谐振变换器及其调制方法，其特征在于：双变压器式谐振变换器的一次侧三桥臂电路视为由两个半桥电路M
A
、M
B
、T1和M
C
、M
D
、T2并联组成，直流电源V
H
并联两个均压电容C1、C2，并由两个半桥电路共享；寄生电容C
MA
到C
MD
与开关管并联，减少关断损失；一次侧三桥臂电路中的两个半桥电路在高频变压器T1、T2的原边侧并联；高频变压器与谐振电感L
r
和谐振电容C
r
串联后与二次侧全桥电路的4个二极管相连，变换器的输出端采用滤波电容。4.根据权利要求3所述的一种双变压器式谐振变换器及其调制方法，其特征在于，调节一次侧三桥臂开关管M
A
到M
D
的移相角，由此产生中点交流电压v
xz
和v
yz
的波形：开关M
A
、M
B
、M
C
、M
D
的占空比均为50％，且开关M
A
和M
B
，M
C
和M
D
互补导通；调节开关M
C
滞后M
A
角度α，因此，产生了两个中点交流电压v
xz
和v
yz
波形。5.根据权利要求4所述的一种双变压...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡松，李翼男，李晓东，朱培逸，黄贤明，
申请(专利权)人：常熟理工学院，
类型：发明
国别省市：