宽输出电压的隔离式DC-DC变换器及控制方法技术

本发明专利技术属于变换器及控制技术领域，具体涉及一种宽输出电压的隔离式DC

【技术实现步骤摘要】
宽输出电压的隔离式DC
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DC变换器及控制方法


[0001]本专利技术属于变换器及控制
，具体涉及一种宽输出电压的隔离式DC
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DC变换器及控制方法。

技术介绍

[0002]随着全球经济的快速发展和人口的激增，能源危机和环境污染问题也变得越来越严重。以化石燃料为代表的传统的能源不仅会导致环境污染、全球变暖等问题，而且由于储量不足还会带来能源枯竭的危机。因此，近些年以风能和太阳能为代表的可再生能源受到人们广泛重视。以光伏和燃料电池为代表的新能源发电系统的输出电压较低，既不能满足现有设备的供电需求，又不能达到供给电网的需求。因此需要进一步提升电压等级。由于两者电压等级悬殊，传统Boost变换器无法胜任，必须采用更高增益的变换器才能满足需求。新能源发电易受外界环境影响，发电具有波动性和间歇性，供电质量差。同时每个新能源发电单元输出的直流电压存在差异，为了统一并网，因此需要接入一个变比可调节的DC
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DC变换器，将不同的输入直流电压变换为数值相同的直流输出电压，接入直流母线，再统一逆变为交流电进行并网，为用户提供电能，保证用户侧需求。
[0003]其中，DC
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DC变换是最重要的环节，承担着将不同新能源发电单元汇集至统一直流母线的职责。为了高输出化，存在将多个电源并联连接构成的电源装置。在使用多个电源的情况下，提出了以将施加给各个电源的负载分散来使电源的负担均等为目的的各种方式。例如，有专利文献公开了一种将多个电压源并联连接构成的并联驱动型电源装置。其是将并联驱动型电源装置具备2个DC
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DC变换器。在各DC
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DC变换器的输出侧插入电阻，使DC
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DC变换器各自的电流电压特性(表示电压变化相对于电流变化的特性)具有斜率，进一步使该斜率相同。在该结构中，若流向与并联驱动型电源装置连接的负载的输出电流较小，则只有输出电压较高的DC
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DC变换器输出电流，若流向负载的输出电流变大，则2个DC
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DC变换器都输出电流。这样，分散了分别施加给2个DC
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DC变换器的负载。
[0004]在日本特开2011
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19338号公报中公开了一种DC
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DC变换器。该DC
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DC变换器具备：DC
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DC变换器电路，其具有被并联连接的多个开关元件；控制器，其对多个开关元件的工作进行控制；和多个温度传感器，其与控制器连接并对多个开关元件各自的温度进行测量。控制器仅对多个开关元件中的一部分进行驱动而开始DC
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DC变换器电路的控制，并且在驱动中的开关元件的测量温度超过阈值时，增加所驱动的开关元件的数量。根据这种结构，能够根据负载的大小来变更所驱动的开关元件的数量，并且与始终对所有的开关元件进行驱动的情况相比较，能够减少开关元件的损耗(例如开关损耗)。在上述的DC
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DC变换器中，由于存在只有多个开关元件中的一部分被驱动的情况，因此，在多个开关元件之间，使用频率可能存在不同。通常，开关元件的使用频率越高，则开关元件及其周围结构的劣化(以下，简称作开关元件的劣化)发展得越快。因此，当在多个开关元件之间，使用频率产生不同时，一部分开关元件的劣化会提前发生，即使其他的开关元件的劣化在容许范围内，DC
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DC变换器的产品寿命也会提前结束。
[0005]申请号为201610251403.2，名为《一种双向变换器》的专利技术专利申请，公开的技术方案是在原边激磁时，副边的RCD吸收电路不参与工作，在副边激磁时，原边的RCD吸收电路不参与工作；消耗的能量非常小，实现了“无损”吸收；然而，其仍然存在不足之处，分析如下：漏感能量还是通过消耗的方式来吸收掉，且第二绕组Ns感应电压等于：(Ns/Np)Vs，即匝比乘上第一侧的工作电压，第一侧的工作电压的变化范围较大，如用于锂电的均衡充电中，Vs的工作电压范围为3.0V至4.20V，变化达40％，若匝比为10，那么，为了正常工作，稳压二极管W2的稳压值大于第二绕组Ns感应电压的最大值4.2V*10＝42V，才能保证良好工作，当第二侧Vo需要工作时，MOS管Q2处于PWM的开关状态，这时二极管D4、电容C2、电阻R2，以及稳压二极管W2组成的RCD吸收电路，其吸收电压过高，MOS管Q2的漏极在同样的时间，要从更高的电压降为0V，即dU/dt更大了，电磁辐射也会更大，存在的不足为：MOS管Q2的耐压要高，高耐压的MOS管做成同样的通态内阻，其成本大幅升高；EMI较差；特别在输入电压工作范围较宽时，缺点更明显。
[0006]综上所述，新能源发电并网对DC
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DC变换器提出了新的需求，急需一种宽范围、高效率的隔离式DC
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DC变换器，从而减小新能源发电侧电压波动带来的影响，维持用户侧电压稳定，提高供电可靠性。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于针对现有技术中存在的问题提供一种宽输出电压范围的隔离式DC
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DC变换器和控制方法，在保留隔离、高功率密度特性的前提下，实现了高电能转换效率和宽输出电压范围。
[0008]本专利技术的技术方案是：
[0009]宽输出电压的隔离式DC
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DC变换器，包括一次侧逆变电路、二次侧整流电路、五绕组高频变压器和LC串联谐振腔；所述的一次侧逆变电路为全桥电路，全桥电路交流输出端口通过串联的LC谐振腔与高频变压器原边w0绕组相连；二次侧整流电路与高频变压器副边相连接。
[0010]具体的，所述的二次侧整流电路包括两个整流单元、两个二极管和一个开关器件，两个整流单元分别为整流单元一和整流单元二，所述的整流单元一与高频变压器副边w1绕组和w2绕组相连，整流单元二与高频变压器副边w3绕组和w4绕组相连；整流单元一与一个二极管串联组成一个桥臂，整流单元二与另一个二极管串联组成另一个桥臂；两个桥臂的整流单元和二极管位置相反，将两桥臂并联作为输出接后级负载；两个桥臂的中点通过开关器件相连。
[0011]具体的，所述的整流单元一与整流单元二结构完全相同，所述的整流单元一或者整流单元二均包括两个二极管、两个电容和一个开关管；一个电容与一个二极管串联组成一个桥臂，两个电容与两个二极管分别串联组成两个桥臂，两桥臂的电容和二极管位置相反，两个桥臂中点用开关管进行连接，两个桥臂并联后分别通过一个二极管与高频变压器副边w1绕组和w2绕组相连。
[0012]具体的，高频变压器一次侧的全桥逆变电路将直流电压逆变为方波交流电压，谐振腔将电流波形变为正弦波，并且使电流与电压之间存在相位差，从而实现开关器件的软开关；二次侧的两个整流单元分别通过二极管整流将交流电压电流变为直流量，且实现一
个开关周期内对两个输出电容的充电。
[0013]具体的，采用如上任意权利要求所述宽输出电压的隔离式DC
‑<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.宽输出电压的隔离式DC
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DC变换器，其特征在于，包括一次侧逆变电路、二次侧整流电路、五绕组高频变压器和LC串联谐振腔；所述的一次侧逆变电路为全桥电路，全桥电路交流输出端口通过串联的LC谐振腔与高频变压器原边w0绕组相连；二次侧整流电路与高频变压器副边相连接。2.根据权利要求1所述宽输出电压的隔离式DC
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DC变换器，其特征在于，所述的二次侧整流电路包括两个整流单元、两个二极管和一个开关器件，两个整流单元分别为整流单元一和整流单元二，所述的整流单元一与高频变压器副边w1绕组和w2绕组相连，整流单元二与高频变压器副边w3绕组和w4绕组相连；整流单元一与一个二极管串联组成一个桥臂，整流单元二与另一个二极管串联组成另一个桥臂；两个桥臂的整流单元和二极管位置相反，将两桥臂并联作为输出接后级负载；两个桥臂的中点通过开关器件相连。3.根据权利要求2所述宽输出电压的隔离式DC
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DC变换器，其特征在于，所述的整流单元一与整流单元二结构完全相同，所述的整流单元一或者整流单元二均包括两个二极管、两个电容和一个开关管；一个电容与一个二极管串联组成一个桥臂，两个电容与两个二极管分别串联组成两个桥臂，两桥臂的电容和二极管位置相反，两个桥臂中...

【专利技术属性】
技术研发人员：李威，曲永政，张彦兵，邢文涛，张广辉，杜轶方，陈培培，刘军辉，陈文良，侯晓飞，许要朋，崔亚龙，王姗姗，董博达，王建忠，
申请(专利权)人：国网河南省电力公司叶县供电公司，
类型：发明
国别省市：