[發明專利]一種LLC諧振型三端口DC-DC變換器及其控制方法

無效

• 申請號: 201410145105.6
• 申請日: 2014-04-11
• 公開（公告）號: CN103944396A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 孫孝峰;申彥峰;朱云娥;李昕
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02J7/35
• 代理公司: 石家莊一誠知識產權事務所 13116
• 代理人: 李合印

技術領域

本發明涉及可再生能源發電、混合電動汽車、燃料電池汽車等系統中的電力電子變換器領域，尤其涉及一種LLC諧振型三端口DC-DC變換器及其控制方法。

背景技術

地球資源的日漸枯竭以及人們對環境問題的廣泛關注使得可再生能源發電系統越來越重要。目前，光伏發電和風力發電是可再生能源發電形式中應用較多的兩種，但受自然條件的影響，其電力供應存在不穩定、不連續的缺點。為此，一般需要將多種可再生能源和其它能源以及儲能裝置結合在一起組成可再生能源聯合供電系統，利用它們之間的互補性獲得較為穩定的、連續的電能，例如光伏-蓄電池聯合供電系統就是一種很好的選擇，由于蓄電池單元的加入，不僅可以提高系統的穩定性，還可以實現能量的高效利用。

為了使多個輸入電源聯合給負載供電，需要用多端口變換器作為接口，連接發電單元、儲能單元和負載端口。傳統的聯合供電系統中，每一種形式的能源均需要一個DC-DC變換器，將光伏、燃料電池或蓄電池等可再生能源或儲能裝置連接到公共直流母線上，直流母線可以給直流負載供電，也可以通過雙向DC-DC變換器與儲能裝置之間進行能量的交換。這種結構的變換器含較多的功率變換單元，結構復雜；而且每增加一個端口就增加一個功率變換器單元，系統成本較高；并且，隨著變換器和控制電路數量的增加，系統的可靠性降低。

針對傳統結構的弊端，為了簡化電路結構，可以用三端口DC-DC變換器代替原有的多個二端口DC-DC變換器，實現變換器拓撲和功能的合并，組成新型的可再生能源分布式發電系統。三端口DC-DC變換器有以下優點：(1)功率開關器件數目和相關的輔助電路較少，成本低，功率密度高；(2)減少了功率變換的級數，提高了系統的效率；(3)布置緊湊，裝置的可靠性得到增強；(4)易于實現集中控制和優化的能量管理。此外，三端口變換器允許多種形式的能源輸入，輸入源的性質、幅值和特性可以相同，也可以差別很大，兩個輸入源可以單獨或同時向負載供電，從而使系統的穩定性和靈活性得到顯著提高。

現有的三端口變換器可分為三類，完全隔離型、部分隔離型和非隔離型。非隔離型三端口變換器因為沒有高頻隔離變壓器，在端口電壓等級差別較大或要求隔離的場合應用受限。利用一個三繞組高頻變壓器，通過磁耦合的方式連接三個輸入/輸出端口，構成完全隔離型的變換器，比較常用的結構為三有源橋(triple?active?bridge,TAB)三端口變換器，其可以實現三個端口之間的隔離，且可以連接性質不同的能源端口。其主要缺點是許多功率器件不能復用，元件數量較多，電路結構復雜。為了減少開關管的數量，降低系統成本，一些學者又相繼提出將Boost電路與雙有源橋(dual?active?bridge,DAB)或者單向移相全橋變換器集成在一起的部分隔離型的三端口變換器。這種結構既實現了電路元器件的共用，簡化了電路結構，提高了功率密度，同時又可以實現輸入能源與負載端口之間的隔離。但是當變換器工作在輕載時，變換器不易實現ZVS軟開關，不利于變換器的高效率運行。

發明內容

為了克服現有技術中存在的上述問題，結合電路元件復用的優點，本發明的目的是提供一種LLC諧振型三端口DC-DC變換器及其控制方法。

為了解決上述存在的技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的：

一種LLC諧振型三端口DC-DC變換器，該變換器是由原邊電路、副邊電路和變壓器加LLC諧振網絡構成，所述的原邊電路是由集成了兩路交錯并聯雙向buck-boost電路的全橋單元構成，所述的副邊電路是由整流電路構成，變壓器加LLC諧振網絡是由高頻變壓器、諧振電感L_r、勵磁電感L_m和諧振電容C_r構成；通過調節原邊電路開關管的占空比和頻率，可以同時對原邊兩個端口之間的雙向能量傳輸及輸出的單向能量傳輸進行有效控制；