电能存储及循环的高精度双向变换器制造技术

一种电能存储及循环的高精度双向变换器(100)，包括：初级侧稳压电容器(C1)、初级侧高频变换器(10)、初级侧可调式串联谐振电路(20)、高频变压器(Th)、次级侧可调式串联谐振电路(30)、次级侧高频变换器(40)、次级侧稳压电容器(C2)、储能单元，依次顺序连接组成；其中，稳压电容器(C1,C2)用于增强两侧直流电压的稳定性；高频变换器(10,40)用于逆变和整流；可调式串联谐振电路(20,30)通过调整谐振电容对两侧电压进行微调，提高精度；高频变压器(Th)用于隔离和变压。该变换器(100)可大幅度地变换直流电压、效率高、精度高，可用于电动汽车电能循环、大型设备的备用电源等。

【技术实现步骤摘要】
电能存储及循环的高精度双向变换器
本专利技术涉及一种DC/DC变换器，特别是涉及一种双向的、隔离式的、高精度的、用于电能存储及循环利用的DC/DC变换器。
技术介绍
双向DC/DC变换器在电动汽车、大功率设备的能量回收系统、大功率设备的备用电源中有着非常广泛的应用。储能元件采用超级电容器或蓄电池，通过双向DC/DC变换器控制其充电和放电。目前，双向DC/DC变换器拓扑分为隔离式与非隔离式变换器，非隔离式的BUCK/BOOST的拓扑结构，受拓扑结构的限制主要存在如下缺点：第一、BUCK/BOOST变换器的增益普遍偏低，电压变换幅度很难超过5倍；第二、精度较低，影响储能单元的使用寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术中的不足，提出一种电能存储及循环的高精度双向变换器。该变换器器通过高频变压器隔离、变压，电压变换幅度很大；电压响应迅速、精度高，储能单元的充电和放电过程快速可控，极大地延长其使用寿命。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术包括：初级侧稳压电容器、初级侧高频变换器、初级侧可调式串联谐振电路、高频变压器、次级侧可调式串联谐振电路、次级侧高频变换器、次级侧稳压电容器、储能单元，依次顺序连接组成。所述的电能存储及循环的高精度双向变换器能够使得电能双向流动，分为充电和放电两种状态。对储能单元充电时，初级侧高频变换器处于逆变状态，初级侧可调式串联谐振电路处于谐振状态；次级侧高频变换器处于整流状态，四个开关器件保持关断，四个快速二极管作用，次级侧可调式串联谐振电路不工作，其谐振电容器用于滤波。储能单元放电时，次级侧高频变换器处于逆变状态，次级侧可调式串联谐振电路处于谐振状态；初级侧高频变换器处于整流状态，四个开关器件保持关断，四个快速二极管作用，初级侧可调式串联谐振电路不工作，其谐振电容器用于滤波。所述的初级侧稳压电容器和次级侧稳压电容器分别用于稳定初级侧直流电压和次级侧直流电压。所述的初级侧高频变换器包括：第一高频开关、第一高频二极管、第二高频开关、第二高频二极管、第三高频开关、第三高频二极管、第四高频开关、第四高频二极管。第一高频开关与第一高频二极管反并联和第二高频开关与第二高频二极管反并联后串联连接，第三高频开关与第三高频二极管反并联和第四高频开关与第四高频二极管反并联后串联连接，上述两者并联连接，两个串联连接点与初级可调式串联谐振电路相连接。所述的次级侧高频变换器包括：第五高频开关、第五高频二极管、第六高频开关、第六高频二极管、第七高频开关、第七高频二极管、第八高频开关、第八高频二极管。第五高频开关与第五高频二极管反并联和第六高频开关与第六高频二极管反并联后串联连接，第七高频开关与第七高频二极管反并联和第八高频开关与第八高频二极管反并联后串联连接，上述两者并联连接，两个串联连接点与次级可调式串联谐振电路相连接。进一步地，初级侧高频变换器和次级侧高频变换器用于逆变时，采用相同的高频变换器的离散控制方式，根据开关管不同的导通方式，初级侧高频变换器和次级侧高频变换器的输出有3种状态，分别称之为正向谐振、自由谐振、和反向谐振。正向谐振是初级侧高频变换器或次级侧高频变换器输出的脉冲电压方向与谐振电流方向相同，对谐振电流起到加强作用，称之为正向谐振；初级侧高频变换器或次级侧高频变换器输出脉冲电压为零，对谐振电流无影响，称之为自由谐振；初级侧高频变换器或次级侧高频变换器输出的脉冲电压方向与谐振电流方向相反，使得谐振电流减弱，称之为反向谐振。进一步地，初级侧高频变换器的3种离散控制状态，同一状态，谐振电流的不同方向对应不同的开关导通方式。正向谐振状态的开关导通方式为：谐振电流为正时，导通第一高频开关和第四高频开关；谐振电流为负时，导通第二高频开关和第三高频开关。自由谐振状态的开关导通方式为：谐振电流为正时，导通第一高频开关或第四高频开关，导通第一高频开关与第三高频二极管使得初级侧可调式串联谐振电路形成回路，导通第四高频开关与第二高频二极管使得初级侧可调式串联谐振电路形成回路；谐振电流为负时，导通第二高频开关或第三高频开关，导通第二高频开关与第四高频二极管使得初级侧可调式串联谐振电路形成回路，导通第三高频开关与第一高频二极管使得初级侧可调式串联谐振电路形成回路。反向谐振状态的开关导通方式为：不管谐振电流是正或负，关断第一高频开关、第二高频开关、第三高频开关、第四高频开关，当谐振电流是正时，第二高频二极管和第三高频二极管导通使得初级侧可调式串联谐振电路向初级测高频变换器输入侧回馈电能；当谐振电流为负时，第一高频二极管和第四高频二极管导通使得初级侧可调式串联谐振电路向初级侧高频变换器的输入侧回馈电能。进一步地，次级侧高频变换器的3种离散控制状态，同一状态，谐振电流的不同方向对应不同的开关导通方式。正向谐振状态的开关导通方式为：谐振电流为正时，导通第五高频开关和第八高频开关；谐振电流为负时，导通第六高频开关和第七高频开关。自由谐振状态的开关导通方式为：谐振电流为正时，导通第五高频开关或第八高频开关，导通第五高频开关与第七高频二极管使得次级侧可调式串联谐振电路形成回路，导通第八高频开关与第六高频二极管使得次级侧可调式串联谐振电路形成回路；谐振电流为负时，导通第六高频开关或第七高频开关，导通第六高频开关与第八高频二极管使得次级侧串联谐振电路形成回路，导通第七高频开关与第五高频二极管使得次级侧串联谐振电路形成回路。反向谐振状态的开关导通方式为：不管谐振电流是正或负，关断第五、六、七、八高频开关，当谐振电流是正时，第六高频二极管和第七高频二极管导通使得次级侧可调式串联谐振电路向储能单元回馈电能；当谐振电流为负时，第五高频二极管和第八高频二极管导通使得次级侧可调式串联谐振电路向储能单元回馈电能。进一步地，初级侧高频变换器和次级侧高频变换器的3种离散控制状态都在谐振电流的过零点切换开关管的状态，以使得开关损耗为零，开关频率与串联谐振频率始终保持相同，且3种离散控制状态的作用周期设定为串联谐振周期的一半。所述的初级侧可调式串联谐振电路和次级侧可调式串联谐振电路的谐振电容能够通过高频开关调节，且与初级侧高频变换器和次级侧高频变换器的3种离散控制方式结合，作为电能存储及循环的高精度双向变换器的控制方式。所述的初级侧可调式串联谐振电路包括：第一谐振电容器、第二谐振电容器、第一谐振高频开关、高频变压器的漏感，第二谐振电容器与第一谐振高频开关串联后和第一谐振电容器并联，高频变压器与之串联连接。进一步地，第一谐振高频开关导通时，第一谐振电容器与第二谐振电容器并联作为初级侧可调式串联谐振电路的谐振电容，谐振电容的容量增加，谐振周期增大，其他条件不变，初级侧高频变换器的3种离散状态仍按第一谐振高频开关断开时的谐振周期的一半作为作用周期，仍在谐振电流的过零点切换开关管的状态，一种状态结束时下一个谐振电流过零点还未到来，至下一个谐振电流过零点的间隔，关断第一、二、三、四高频开关管。按照正弦波形的等效原理，其他条件不变，周期增加将使得幅值减少，经过等效计算，第一谐振高频开关导通后的输出侧直流电压与之前的输出侧直流电压比值的平方等于第一谐振电容器的容量和第一谐振电容器的容量与第二谐振电容器的容量之和的比值。所述的次级侧可调式串联谐振电路包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电能存储及循环的高精度双向变换器，其特征在于包括：初级侧稳压电容器、初级侧高频变换器、初级侧可调式串联谐振电路、高频变压器、次级侧可调式串联谐振电路、次级侧高频变换器、次级侧稳压电容器、储能单元，依次顺序连接组成；所述的电能存储及循环的高精度双向变换器能够使得电能双向流动，分为充电和放电两种状态；对储能单元充电时，初级侧高频变换器处于逆变状态，初级侧可调式串联谐振电路处于谐振状态；次级侧高频变换器处于整流状态，四个开关器件保持关断，四个快速二极管作用，次级侧可调式串联谐振电路不工作，其谐振电容器用于滤波；储能单元放电时，次级侧高频变换器处于逆变状态，次级侧可调式串联谐振电路处于谐振状态；初级侧高频变换器处于整流状态，四个开关器件保持关断，四个快速二极管作用，初级侧可调式串联谐振电路不工作，其谐振电容器用于滤波；所述的初级侧稳压电容器和次级侧稳压电容器分别用于稳定初级侧直流电压和次级侧直流电压；所述的初级侧高频变换器和次级侧高频变换器用于逆变时，采用相同的高频变换器的离散控制方式，根据开关管不同的导通方式，初级侧高频变换器和次级侧高频变换器的输出有3种状态，分别称之为正向谐振、自由谐振、和反向谐振；正向谐振是初级侧高频变换器或次级侧高频变换器输出的脉冲电压方向与谐振电流方向相同，对谐振电流起到加强作用，称之为正向谐振；初级侧高频变换器或次级侧高频变换器输出脉冲电压为零，对谐振电流无影响，称之为自由谐振；初级侧高频变换器或次级侧高频变换器输出的脉冲电压方向与谐振电流方向相反，使得谐振电流减弱，称之为反向谐振；进一步地，初级侧高频变换器和次级侧高频变换器的3种离散控制状态都在谐振电流的过零点切换开关管的状态，以使得开关损耗为零，开关频率与串联谐振频率始终保持相同，且3种离散控制状态的作用周期设定为串联谐振周期的一半；所述的初级侧可调式串联谐振电路和次级侧可调式串联谐振电路的谐振电容能够通过高频开关调节，且与初级侧高频变换器和次级侧高频变换器的3种离散控制方式结合，作为电能存储及循环的高精度双向变换器的控制方式；所述的高频变压器用于变换电压，漏感参与到初级侧可调式串联谐振电路和次级侧串联谐振电路中。...

【技术特征摘要】
1.一种电能存储及循环的高精度双向变换器，其特征在于包括：初级侧稳压电容器、初级侧高频变换器、初级侧可调式串联谐振电路、高频变压器、次级侧可调式串联谐振电路、次级侧高频变换器、次级侧稳压电容器、储能单元，依次顺序连接组成；所述的电能存储及循环的高精度双向变换器能够使得电能双向流动，分为充电和放电两种状态；对储能单元充电时，初级侧高频变换器处于逆变状态，初级侧可调式串联谐振电路处于谐振状态；次级侧高频变换器处于整流状态，四个开关器件保持关断，四个快速二极管作用，次级侧可调式串联谐振电路不工作，其谐振电容器用于滤波；储能单元放电时，次级侧高频变换器处于逆变状态，次级侧可调式串联谐振电路处于谐振状态；初级侧高频变换器处于整流状态，四个开关器件保持关断，四个快速二极管作用，初级侧可调式串联谐振电路不工作，其谐振电容器用于滤波；所述的初级侧稳压电容器和次级侧稳压电容器分别用于稳定初级侧直流电压和次级侧直流电压；所述的初级侧高频变换器和次级侧高频变换器用于逆变时，采用相同的高频变换器的离散控制方式，根据开关管不同的导通方式，初级侧高频变换器和次级侧高频变换器的输出有3种状态，分别称之为正向谐振、自由谐振、和反向谐振；正向谐振是初级侧高频变换器或次级侧高频变换器输出的脉冲电压方向与谐振电流方向相同，对谐振电流起到加强作用，称之为正向谐振；初级侧高频变换器或次级侧高频变换器输出脉冲电压为零，对谐振电流无影响，称之为自由谐振；初级侧高频变换器或次级侧高频变换器输出的脉冲电压方向与谐振电流方向相反，使得谐振电流减弱，称之为反向谐振；进一步地，初级侧高频变换器和次级侧高频变换器的3种离散控制状态都在谐振电流的过零点切换开关管的状态，以使得开关损耗为零，开关频率与串联谐振频率始终保持相同，且3种离散控制状态的作用周期设定为串联谐振周期的一半；所述的初级侧可调式串联谐振电路和次级侧可调式串联谐振电路的谐振电容能够通过高频开关调节，且与初级侧高频变换器和次级侧高频变换器的3种离散控制方式结合，作为电能存储及循环的高精度双向变换器的控制方式；所述的高频变压器用于变换电压，漏感参与到初级侧可调式串联谐振电路和次级侧串联谐振电路中。2.根据权利要求1所述的电能存储及循环的高精度双向变换器，其特征是，初级侧高频变换器包括：第一高频开关、第一高频二极管、第二高频开关、第二高频二极管、第三高频开关、第三高频二极管、第四高频开关、第四高频二极管；第一高频开关与第一高频二极管反并联，第二高频开关与第二高频二极管反并联，第一高频开关和第二高频开关串联连接，第三高频开关与第三高频二极管反并联，第四高频开关与第四高频二极管反并联，第三高频开关和第四高频开关串联连接，第一高频开关和第二高频开关构成的串联支路与第三高频开关与第四高频开关构成的串联支路并联连接，两个串联连接点与初级可调式串联谐振电路相连接；次级侧高频变换器包括：第五高频开关、第五高频二极管、第六高频开关、第六高频二极管、第七高频开关、第七高频二极管、第八高频开关、第八高频二极管；第五高频开关与第五高频二极管反并联，第六高频开关与第六高频二极管反并联，第五高频开关和第六高频开关串联连接，第七高频开关与第七高频二极管反并联，第八高频开关与第八高频二极管反并联，第七高频开关和第八高频开关串联连接，第五高频开关和第六高频开关构成的串联支路与第七高频开关与第八高频开关构成的串联支路并联连接，两个串联连接点与次级可调式串联谐振电路相连接。3.根据权利要求1所述的电能存储及循环的高精度双向变换器，其特征是，初级侧高频变换器的3种离散控制状态，同一状态，谐振电流的不同方向对应不同的开关导通方式；正向谐振状态的开关导通方式为：谐振电流为正时，导通第一高频开关和第四高频开关；谐振电流为负时，导通第二高频开关和第三高频开关；自由谐振状态的开关导通方式为：谐振电流为正时，导通第一高频开关或第四高频开关，导通第一高频开关与第三高频二极管使得初级侧可调式串联谐振电路形成回路，导通第四高频开关与第二高频二极管使得初级侧可调式串联谐振电路形成回路；谐振电流为负时，导通第二高频开关或第三高频开关，导通第二高频开关与第四高频二极管使得初级侧可调式串联谐振电路形成回路，导通第三高频开关与第一高频二极管使得初级侧可调式串联谐振电路形成回路；反向谐振状态的开关导通方式为：不管谐振电流是正或负，关断第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘闯，
申请(专利权)人：刘闯，
类型：发明
国别省市：