基于混合ISOP的宽输入电压范围DC-DC变换器及调压方法技术

本发明专利技术提供了一种基于混合ISOP的宽输入电压范围DC

【技术实现步骤摘要】
基于混合ISOP的宽输入电压范围DC
‑
DC变换器及调压方法


[0001]本专利技术涉及中高压直流配电DC
‑
DC变换器领域，具体为一种基于混合ISOP的宽输入电压范围DC
‑
DC变换器及调压方法，该变换器为多谐振变换器与LLC
‑
DCX复合的混合型变换器拓扑结构。

技术介绍

[0002]随着新能源技术、储能技术、现代电力电子技术的不断进步，对能量转换系统的需求也越来越迫切，为了应对能源危机与环境污染等问题，以太阳能、风能等为代表的可再生能源逐渐成为近年来开发利用的焦点，光伏和燃料电池等分布式电源以直流电形式发电，因此接入直流配电网时，DC/DC变换器不可避免。然而，以光伏发电为代表的新能源发电方式易受环境等因素的影响导致出力不稳定，光照强度和温度的变化往往会引起光伏组件的输出电压在一定范围内波动。同时，城轨交通供电电压也从早期的600VDC和750VDC提高到1500VDC，电网电压的提高对辅助电源DC
‑
DC变换器的电压等级也提出了更高的要求。在机载电源系统方面，也需要电源具备较宽的输入电压范围和良好的阶跃响应以满足飞机发动机转速变化引起的输入电压宽范围波动。因此，宽输入范围的DC/DC变换器在新能源发电、机载电源、车载充电器等输入电压变化范围较大的应用场合具有重要意义，宽输入电压范围DC
‑
DC变换器的研究与开发已经成为电力电子领域的热点之一。
[0003]在输入电压范围较宽的应用场景下，传统的LLC谐振变换器受本身增益特性影响，在很高的开关频率下才能实现低输出电压，当增益范围较宽时，开关频率范围也会较宽，这不利于磁性元件的设计，会增加损耗，并且单个模块调压能力不足。因此提出用多个输入电压较低的子模块串联，子模块的输出侧并联，而对于ISOP（输入串联，输出并联）组合结构中的子模块，通常分为两类：一类为移相型双有源全桥变换器（DAB），另一类为谐振型变换器，如串联谐振变换器（SRC）、LLC变换器、CLLLC变换器等。以DAB为子模块的ISOP变换器能够实现零电压开通，但是关断时电流大，关断损耗较大，限制了其在高频场合下的发展，以LLC变换器作为子模块，虽然能同时实现ZVS（全名Zero Voltage Switch，零电压开通）和ZCS（全名Zero Current Switch，零电流开通），相比DAB而言效率更高，且控制简单灵活，既可以采用频率控制又可以采用移相控制，但其仅适用于电压比固定的工况。
[0004]因此基于上述问题，需要改进现有的变换器或设计新的变换器来满足工况需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了解决传统单个LLC谐振变换器难以同时兼容宽电压增益及高效率的问题，提供了一种基于混合ISOP的宽输入电压范围DC
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DC变换器及调压方法，该变换器基于多谐振变换器与LLC
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DCX变换器构成，采用多谐振变换器充当D2D（DC to DC）变换器来拓宽输入电压范围并且进行输出电压调节，选取LLC
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DCX谐振变换器充当DCX（直流变压器）变换器，利用谐振点处的高效率来拉高整体的效率，最终提出一种在宽输入电压范围变化的情况下，仍具备输出电压调节能力的DC/DC变换器，使得输出电压保持稳定。
[0006]本专利技术是通过如下技术方案来实现的：一种基于混合ISOP的宽输入电压范围DC
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DC变换器，包括多个子模块，分别为一个LLC
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DCX变换器与k个多谐振变换器，k≥2，多个子模块的输入侧串联连接，输出侧并联连接。
[0007]k个多谐振变换器的电路结构均相同，从输入端到输出端依次包括变换器开关网络、谐振腔电路、变压器和变压器副边的整流网络，所述多谐振变换器的变换器开关网络为全桥逆变结构，由功率开关管Q1~Q4构成，谐振腔电路包括由陷波滤波器、励磁支路与谐振电感L
r
串联而成，所述陷波滤波器为L
p
和C
r
串联后与C
p
并联所形成的电路，励磁支路由L
m
和C
m
串联形成，原边与副边之间通过匝数比为n的变压器连接，变压器副边的整流网络为全桥整流网络，由二极管D1~D4构成。由于所有多谐振变换器结构均相同，所以可以采用罗马数字来给多谐振变换器编号，后续多谐振变换器的电路原件可以用区别于编号靠前的多谐振变换器电路原件的标记来区分；例如：多谐振变换器Ⅱ的变换器开关网络为全桥逆变结构，由功率开关管Q1′
~Q4′
构成，谐振腔电路包括由陷波滤波器、励磁支路与谐振电感L
r
′
串联而成，所述陷波滤波器为L
p
′
和C
r
′
串联后与C
p
′
并联所形成的电路，励磁支路由L
m
′
和C
m
′
串联形成，原边与副边之间通过匝数比为n的变压器连接，变压器副边的整流网络为全桥整流网络，由二极管D1′
~D4′
构成。工作时，开关管Q1~Q4或Q1′
~Q4′
，每个桥臂以50%的占空比上下互补导通，将直流输入电压逆变为方波，再送入副边整流网络，从而得到稳定的直流输出。所有多谐振变换器的励磁支路只有很短的时间参与谐振，而通过增加谐振槽元件的方法，多谐振变换器在其余谐振元件谐振时具有两个谐振频率，以第一谐振频率为界，分为欠谐振、准谐振、过谐振三种模式。
[0008]所述LLC
‑
DCX变换器从输入端到输出端依次包括变换器开关网络、谐振腔电路、变压器和变压器副边的整流网络，变换器开关网络为全桥逆变结构，由功率开关管S1~S4构成，谐振腔电路由谐振电感L
r1
、谐振电容C
r1
与励磁电感L
m1
串联构成，原边与副边之间通过匝数比为n1的变压器连接，变压器副边的整流网络为全桥整流网络，由二极管D
R1
~D
R4
构成。工作时，开关管S1~S4每个桥臂以50%的占空比上下互补导通，将直流输入电压逆变为方波，再通过副边二极管D
R1
~D
R4
进行整流，从而得到稳定的直流输出。
[0009]本专利技术所设计的一种基于混合ISOP的宽输入电压范围DC
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DC变换器，采用混合ISOP型结构，其内部利用多个多谐振变换器模块来代替LLC模块，它既可以传输基波能量，也可以传输三次谐波能量，当面对输入电压范围宽的情况时，可实时切换为D2D变换器，保证宽电压增益；当输入电压范围窄时，又可切换为DCX变换器与LLC
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DCX部分一同提高工作效率。DCX部分选取LLC谐振变换器，利用谐振点处的高效率来拉高整体的效率，最终提出一种在宽输入电压范围下，具备输出电压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于混合ISOP的宽输入电压范围DC
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DC变换器，其特征在于：包括多个子模块，分别为一个LLC
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DCX变换器与k个多谐振变换器，k≥2，多个子模块的输入侧串联连接，输出侧并联连接；k个多谐振变换器的电路结构均相同，从输入端到输出端依次包括变换器开关网络、谐振腔电路、变压器和变压器副边的整流网络，所述多谐振变换器的变换器开关网络为全桥逆变结构，由功率开关管Q1~Q4构成，谐振腔电路包括由陷波滤波器、励磁支路与谐振电感L
r
串联而成，所述陷波滤波器为L
p
和C
r
串联后与C
p
并联所形成的电路，励磁支路由L
m
和C
m
串联形成，原边与副边之间通过匝数比为n的变压器连接，变压器副边的整流网络为全桥整流网络，由二极管D1~D4构成；所述LLC
‑
DCX变换器从输入端到输出端依次包括变换器开关网络、谐振腔电路、变压器和变压器副边的整流网络，变换器开关网络为全桥逆变结构，由功率开关管S1~S4构成，谐振腔电路由谐振电感L
r1
、谐振电容C
r1
与励磁电感L
m1
串联构成，原边与副边之间通过匝数比为n1的变压器连接，变压器副边的整流网络为全桥整流网络，由二极管D
R1
~D
R4
构成。2.根据权利要求1所述的一种基于混合ISOP的宽输入电压范围DC
‑
DC变换器，其特征在于：所述LLC
‑
DCX变换器作为...

【专利技术属性】
技术研发人员：任春光，赫亚鹏，秦月，韩肖清，李欣芪，任子谦，魏楠哲，赵姗，薛乔治，彭炜文，薛盈，樊斌，尚江，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：