一种隔离型有源箝位交错并联双向直流－直流变换器制造技术

本实用新型专利技术的隔离型有源箝位交错并联双向直流－直流变换器，包括四个带反向并联二极管和并联电容的功率开关管、两个带反向并联二极管的辅助开关管、两个箝位电容、两个高压侧电容和两个两绕组耦合电感。本实用新型专利技术利用低压侧并联结构减小低压侧电流的纹波，利用功率开关管上的并联电容实现功率开关管的零电压关断，利用耦合电感的漏感实现功率开关管的零电压开通，利用辅助开关管及其反并二极管与箝位电容组成的有源箝位电路实现了漏感能量的无损转移，利用两个耦合电感的高压侧绕组的串联结构实现了变换器的高升压／降压，电路结构简单，所有功率开关工作于软开关状态，电路中无能量损耗元件，提高了变换器的效率，换流过程中，开关器件无电压过冲。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种双向直流-直流变换器，尤其是隔离型有源箝位交错并联双 向直流-直流变换器。
技术介绍
近年来，随着石油、煤等传统能源大量的消耗，能源的短缺和环境的污染已经成为 世界的焦点，可再生能源的发展和应用受到世界各国的广泛关注。在可再生能源发电系统 中，如风能、太阳能等可再生能源所产生的电能存在短时间内的波动问题，需要使用能量存 储系统使发电系统能量平稳输出。其中，能量存储系统的核心就是双向的直流-直流变换 器，可以在发电系统输出过多能量时存储多余能量于蓄电池等储能设备，而在发电系统输 出能量不足时输出功率，满足负载的需求。与此同时，出于对人身安全方面考虑，许多应用 场合都有电气隔离的要求，为延长蓄电池等储能设备使用寿命，需要减少低压电池侧纹波。 所以低输入纹波、高升压/降压、高效率的隔离型双向变换器在可再生能源发电领域里有 着重要的作用。常规的Buck-Boost型双向直流-直流变换器结构简单，应用广泛，但该变换器的 功率开关工作于硬开关状态，开关损耗较大，功率开关管的电压应力较大，低压侧电流纹波 大。常规的Buck-Boost型交错并联直流-直流双向变换器只在一定程度上减小了低压侧电 流的纹波，但是其它问题仍然存在。近年来相继出现了一些高升压/降压隔离型直流-直流 双向变换器，有建立于全桥拓扑的基础上，且增加有源箝位电路实现功率开关管的软开关， 所用开关管数量较多，且结构复杂；另外有提出了一种基于半桥结构的双向变换器，但需要 增加额外的控制电路来解决电容间的电压不平衡问题。中国专利CN1545195中公开了一种涉及正反激双向DC-DC变换器，由变压器次、初 级绕组t与Npl相互耦合构成正激变压器T1 ；由另一变压器次、初级绕组Ns2与Np2相互耦 合构成反激变压器T2,两个次级绕组t与Ns2各自串联开关管S1与&后同时并联于输入 直流电源。两个初级绕组Npl与Np2串联后通过整流/逆变电路和直流电源V2并联。利用 有源箝位、RCD箝位、LCD箝位、ZVT复位等技术可组成一族双向变换器拓扑。但是，该技术仍有以下不足1、两个变压器处理的功率等级不同，导致变压器的损耗分配不均，功率开关管的 电压和电流应力不对称，增加了热管理的难度，影响了变换器的寿命；2、在该方案中，正激变压器不需要气隙，反激变压器需要增加较大气隙，增加了磁 性元件的设计复杂度，不利于工业化大规模生产；3、该方案中，正激变压器只在其对应开关管导通时向高压侧传递能量，而反激变 压器只在其对应开关管关断时向高压侧传递能量，导致变压器的利用率不高，增加了变压 器的体积，降低了系统功率密度；4、由于正激变压器和反激变压器的不对称性，难以实现电路的交错并联工作，影 响了系统功率等级的提高。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种结构简单、低压侧电流纹波小的隔离型有源箝位交 错并联双向直流-直流变换器。为实现上述目的，本技术有以下两种技术解决方案方案1本技术的隔离型有源箝位交错并联双向直流-直流变换器，包括低压侧电路 和高压侧电路；所述的低压侧电路包括两条有源箝位电路和两条与低压侧电源并联的支路，第 一条并联支路由第一低压侧绕组与带反并二极管的第一功率开关管串联构成，在第一功率 开关管两端并联第一并联电容，第二条并联支路由第二低压侧绕组与带反并二极管的第二 功率开关管串联构成，在第二功率开关管两端并联第二并联电容；第一有源箝位电路并联 在第一低压侧绕组两端或并联在第一功率开关管的源极和漏极上，其由带反并二极管的第 一辅助开关管和第一箝位电容串联构成；第二有源箝位电路并联在第二低压侧绕组两端或 并联在第二功率开关管的源极和漏极上，其由带反并二极管的第二辅助开关管和第二箝位 电容串联构成；所述的高压侧电路包括第一高压侧绕组、第二高压侧绕组、带反并二极管的第三 功率开关管、带反并二极管的第四功率开关管、第一高压侧电容和第二高压侧电容。其中第 一高压侧绕组与第一低压侧绕组同为一个耦合电感中的两个绕组，第二高压侧绕组与第二 低压侧绕组同为另一个耦合电感中的两个绕组，以第一低压侧绕组和第二低压侧绕组中均 与低压侧电源同一极相连的那一端为参照端，第一高压侧绕组与第一低压侧绕组对应的同 名端和第二高压侧绕组与第二低压侧绕组对应的同名端相连，第一高压侧绕组的另一端与 第四功率开关管的源极和第三功率开关管的漏极相连，第二高压侧绕组的另一端与第一高 压侧电容和第二高压侧电容的一端相连，第一高压侧电容的另一端与第三功率开关管的源 极和高压侧电源的一端相连，第二高压侧电容的另一端与第四功率开关管的漏极和高压侧 电源的另一端相连。在第三功率开关管两端并联第三并联电容，在第四功率开关管两端并 联第四并联电容。方案2本技术的隔离型有源箝位交错并联双向直流-直流变换器，包括低压侧电路 和高压侧电路；所述的低压侧电路包括有源箝位电路和两条与低压侧电源并联的支路，第一条 并联支路由第一低压侧绕组与带反并二极管的第一功率开关管串联构成，在第一功率开关 管两端并联第一并联电容，第二条并联支路由第二低压侧绕组与带反并二极管的第二功率 开关管串联构成，在第二功率开关管两端并联第二并联电容；有源箝位电路由带反并二极 管的第一辅助开关管、带反并二极管的第二辅助开关管和箝位电容构成，其中第一辅助开 关管的源极和第一功率开关管的漏极相连，第二辅助开关管的源极和第二功率开关管的漏 极相连，第一辅助开关管的漏极和第二辅助开关管的漏极与箝位电容的一端相连，箝位电 容的另一端与第二功率开关管的源极相连或与第一低压侧绕组同低压侧电源相连的那端 相连。所述的高压侧电路包括第一高压侧绕组、第二高压侧绕组、带反并二极管的第三 功率开关管、带反并二极管的第四功率开关管、第一高压侧电容和第二高压侧电容。其中第 一高压侧绕组与第一低压侧绕组同为一个耦合电感中的两个绕组，第二高压侧绕组与第二 低压侧绕组同为另一个耦合电感中的两个绕组，以第一低压侧绕组和第二低压侧绕组中均 与低压侧电源同一极相连的那一端为参照端，第一高压侧绕组与第一低压侧绕组对应的同 名端和第二高压侧绕组与第二低压侧绕组对应的同名端相连，第一高压侧绕组的另一端与 第四功率开关管的源极和第三功率开关管的漏极相连，第二高压侧绕组的另一端与第一高 压侧电容和第二高压侧电容的一端相连，第一高压侧电容的另一端与第三功率开关管的源 极和高压侧电源的一端相连，第二高压侧电容的另一端与第四功率开关管的漏极和高压侧 电源的另一端相连。在第三功率开关管两端并联第三并联电容，在第四功率开关管两端并 联第四并联电容。本技术的隔离型有源箝位交错并双向直流-直流变换器，利用低压侧并联结 构减小低压侧电流的纹波，利用功率开关管上的并联电容实现功率开关管的零电压关断， 利用耦合电感的漏感实现功率开关管的零电压开通，利用辅助开关管及其反并二极管与箝 位电容组成的有源箝位电路实现了漏感能量的无损转移，利用两个耦合电感的高压侧绕组 的串联结构实现了变换器的高升压/降压，电路结构简单，所有功率开关工作于软开关状 态，电路中无能量损耗元件，提高了变换器的效率，换流过程中，开关器件无电压过冲。本实 用新型通过共用磁路的方式，把两个耦合电感绕制在一个磁元件上，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种隔离型有源箝位交错并联双向直流－直流变换器，其特征在于，包括低压侧电路和高压侧电路；　　所述的低压侧电路包括：两条有源箝位电路和两条与低压侧电源（Ｖ↓［Ｌ］）并联的支路，第一条并联支路由第一低压侧绕组（Ｌ↓［１ａ］）与带反并二极管（Ｄ↓［１］）的第一功率开关管（Ｓ↓［１］）串联构成，在第一功率开关管（Ｓ↓［１］）两端并联第一并联电容（Ｃ↓［Ｓ１］），第二条并联支路由第二低压侧绕组（Ｌ↓［２ａ］）与带反并二极管（Ｄ↓［２］）的第二功率开关管（Ｓ↓［２］）串联构成，在第二功率开关管（Ｓ↓［２］）两端并联第二并联电容（Ｃ↓［Ｓ２］）；第一有源箝位电路并联在第一低压侧绕组（Ｌ↓［１ａ］）两端或并联在第一功率开关管（Ｓ↓［１］）的源极和漏极上，其由带反并二极管（Ｄ↓［ｃ１］）的第一辅助开关管（Ｓ↓［ｃ１］）和第一箝位电容（Ｃ↓［ｃ１］）串联构成；第二有源箝位电路并联在第二低压侧绕组（Ｌ↓［２ａ］）两端或并联在第二功率开关管（Ｓ↓［２］）的源极和漏极上，其由带反并二极管（Ｄ↓［ｃ２］）的第二辅助开关管（Ｓ↓［ｃ２］）和第二箝位电容（Ｃ↓［ｃ２］）串联构成；　　所述的高压侧电路包括：第一高压侧绕组（Ｌ↓［１ｂ］）、第二高压侧绕组（Ｌ↓［２ｂ］）、带反并二极管（Ｄ↓［３］）的第三功率开关管（Ｓ↓［３］）、带反并二极管（Ｄ↓［４］）的第四功率开关管（Ｓ↓［４］）、第一高压侧电容（Ｃ↓［ｏ１］）和第二高压侧电容（Ｃ↓［ｏ２］），其中第一高压侧绕组（Ｌ↓［１ｂ］）与第一低压侧绕组（Ｌ↓［１ａ］）同为一个耦合电感中的两个绕组，第二高压侧绕组（Ｌ↓［２ｂ］）与第二低压侧绕组（Ｌ↓［２ａ］）同为另一个耦合电感中的两个绕组，以第一低压侧绕组（Ｌ↓［１ａ］）和第二低压侧绕组（Ｌ↓［２ａ］）中均与低压侧电源（Ｖ↓［Ｌ］）同一极相连的那一端为参照端，第一高压侧绕组（Ｌ↓［１ｂ］）与第一低压侧绕组（Ｌ↓［１ａ］）对应的同名端和第二高压侧绕组（Ｌ↓［２ｂ］）与第二低压侧绕组（Ｌ↓［２ａ］）对应的同名端相连，第一高压侧绕组（Ｌ↓［１ｂ］）的另一端与第四功率开关管（Ｓ↓［４］）的源极和第三功率开关管（Ｓ↓［３］）的漏极相连，第二高压侧绕组（Ｌ↓［２ｂ］）的另一端与第一高压侧电容（Ｃ↓［ｏ１］）和第二高压侧电容（Ｃ↓［ｏ２］）的一端相连，第一高压侧电容（Ｃ↓［ｏ１］）的另一端与第三功率开关管（Ｓ↓［３］）的源极和高压侧电源（Ｖ↓［Ｈ］）的一端相连，第二...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李武华，吴海蒙，何湘宁，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：实用新型
国别省市：86[中国|杭州]