一种级联型制造技术

本发明专利技术公开了一种级联型

【技术实现步骤摘要】
一种级联型DC
‑
DC变换器


[0001]本专利技术属于直流
‑
直流变换器领域，更具体地，涉及一种级联型
DC
‑
DC
变换器
。

技术介绍

[0002]随着直流配电网和电动汽车的快速发展，对高性能
DC
‑
DC
变换器的要求也越来越高
。
特别是在电动汽车领域，车载充电机所需的
DC
‑
DC
变换器不仅需要向车载锂电池充电，还需将锂电池作为储能系统进行反向放电，这要求
DC
‑
DC
变换器不仅需要适应较宽的输入电压范围，还需实现双向能量流动
。
[0003]CLLLC
谐振变换器具有双向功率传输和零开关能力等优点，但是，由于其电压增益是由开关频率调节的，这不利于磁性元件的设计
、
效率的提高和
EMI
的降低
。
为了扩大输入电压范围，
CLLLC
谐振变换器可以与
DC
‑
DC
电路构成级联型变换器，此结构下，
CLLLC
谐振变换器可以在固定的开关频率下工作，通过附加的
DC
‑
DC
电路来调节传输功率
。
[0004]现有方案将四开关
Buck
‑
Boost
电路与
CLLLC
谐振变换器集成在一起
。
在高压场合中，该拓扑中开关器件的电压和电流应力过高，导致变换器效率低，性能差
。
如何实现级联变换器的稳定运行，在调节级联变换器传输功率的过程中维持较高的效率，是需要解决的问题
。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种级联型
DC
‑
DC
变换器，其目的在于在功率调节过程中同时实现电感电流纹波优化控制，以降低变换器的电感电流纹波，提高其效率和动态性能
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种级联型
DC
‑
DC
变换器，包括：级联连接的六开关
Buck
‑
Boost
电路和
CLLLC
谐振变换器，以及电流纹波优化
‑
功率调节单元和脉宽发生单元；所述六开关
Buck
‑
Boost
电路的直流侧连接一次侧电源，具有
P、N、O1和
O2四种开关状态；所述
CLLLC
谐振变换器的直流侧连接二次侧负载；所述电流纹波优化
‑
功率调节单元用于：根据变换器的输出电压与期望输出电压的误差计算变换器的传输功率；联合传输功率与
d1和
d2之间的函数关系，以及变换器的电感电流纹波与
d1和
d2之间的函数关系，以电感电流纹波最小为目标，求解
d1和
d2，其中，
d1、d2分别为
P
状态
、N
状态在四种开关状态中的占空比；所述脉宽发生单元用于：根据求解得到的
d1和
d2，控制所述六开关
Buck
‑
Boost
电路中开关管的通断
。
[0007]更进一步地，传输功率与
d1和
d2之间的函数关系为：
[0008][0009]其中，
p
为传输功率，
V
in
为变换器的输入电压，
v
o
为变换器的输出电压，
n
为所述
CLLLC
谐振变换器中变压器的变压比，
R
为二次侧负载
。
[0010]更进一步地，所述六开关
Buck
‑
Boost
电路处于第一模态，
P
状态的占空比小于
N
状
态的占空比，变换器的电感电流纹波与
d1和
d2之间的函数关系为：
[0011][0012]其中，0＜
d1＜
d2≤0.5
，
i
s
为电感电流纹波，
V
in
为变换器的输入电压，
T
为开关周期，
L
b
为所述六开关
Buck
‑
Boost
电路中两个桥臂中点之间连接的电感
。
[0013]更进一步地，求解得到的
d1和
d2分别为：
[0014][0015]d2＝
0.5
[0016]其中，
n
为所述
CLLLC
谐振变换器中变压器的变压比，
p
为传输功率，
R
为二次侧负载，
v
o
为变换器的输出电压
。
[0017]更进一步地，所述六开关
Buck
‑
Boost
电路处于第二模态，
P
状态的占空比大于
N
状态的占空比，变换器的电感电流纹波与
d1和
d2之间的函数关系为：
[0018][0019]其中，0＜
d2＜
d1≤0.5
，
i
s
为电感电流纹波，
V
in
为变换器的输入电压，
T
为开关周期，
L
b
为所述六开关
Buck
‑
Boost
电路中两个桥臂中点之间连接的电感
。
[0020]更进一步地，求解得到的
d1和
d2分别为：
[0021]d1＝
0.5
[0022][0023]其中，
n
为所述
CLLLC
谐振变换器中变压器的变压比，
p
为传输功率，
R
为二次侧负载，
v
o
为变换器的输出电压
。
[0024]更进一步地，所述六开关
Buck
‑
Boost
电路包括：带有反向并联二极管的开关管
S1、S2、S3、S4、Q7和
Q8，以及飞跨电容
C
fly
和电感
L
b
；
S1、S2、S3和
S4依次串联连接形成为一个桥臂，
Q7和
Q8串联连接形成为一个桥臂，
S1连接一次侧电源的正极，
S4和
Q8均连接一次侧电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种级联型
DC
‑
DC
变换器，其特征在于，包括：级联连接的六开关
Buck
‑
Boost
电路和
CLLLC
谐振变换器，以及电流纹波优化
‑
功率调节单元和脉宽发生单元；所述六开关
Buck
‑
Boost
电路的直流侧连接一次侧电源，具有
P、N、O1和
O2四种开关状态；所述
CLLLC
谐振变换器的直流侧连接二次侧负载；所述电流纹波优化
‑
功率调节单元用于：根据变换器的输出电压与期望输出电压的误差计算变换器的传输功率；联合传输功率与
d1和
d2之间的函数关系，以及变换器的电感电流纹波与
d1和
d2之间的函数关系，以电感电流纹波最小为目标，求解
d1和
d2，其中，
d1、d2分别为
P
状态
、N
状态在四种开关状态中的占空比；所述脉宽发生单元用于：根据求解得到的
d1和
d2，控制所述六开关
Buck
‑
Boost
电路中开关管的通断
。2.
如权利要求1所述的级联型
DC
‑
DC
变换器，其特征在于，传输功率与
d1和
d2之间的函数关系为：其中，
p
为传输功率，
V
in
为变换器的输入电压，
v
o
为变换器的输出电压，
n
为所述
CLLLC
谐振变换器中变压器的变压比，
R
为二次侧负载
。3.
如权利要求1所述的级联型
DC
‑
DC
变换器，其特征在于，所述六开关
Buck
‑
Boost
电路处于第一模态，
P
状态的占空比小于
N
状态的占空比，变换器的电感电流纹波与
d1和
d2之间的函数关系为：其中，0＜
d1＜
d2≤0.5
，
i
s
为电感电流纹波，
V
in
为变换器的输入电压，
T
为开关周期，
L
b
为所述六开关
Buck
‑
Boost
电路中两个桥臂中点之间连接的电感
。4.
如权利要求3所述的级联型
DC
‑
DC
变换器，其特征在于，求解得到的
d1和
d2分别为：
d2＝
0.5
其中，
n
为所述
CLLLC
谐振变换器中变压器的变压比，
p
为传输功率，
R
为二次侧负载，
v
o
为变换器的输出电压
。5.
如权利要求1所述的级联型
DC
‑
DC
变换器，其特征在于，所述六开关
Buck
‑
Boost
电路处于第二模态，
P
状态的占空比大于
N
状态的占空比，变换器的电感电流纹波与
d1和
d2之间的函数关系为：其中，0＜
d2＜
d1≤0.5
，
i
s
为电感电流纹波，
V
in

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇，瞿尔雅，贺萌，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：