[發明專利]一種LC并聯雙向諧振DC/DC變換器及其控制方法

有效

• 申請號: 201410279733.3
• 申請日: 2014-06-20
• 公開（公告）號: CN105281574B
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發明（設計）人: 姚良忠;陳武;曹遠志;吳福保;楊波;崔紅芬;盧俊峰;陶以彬;李官軍;王德順;周晨;劉歡;鄢盛馳;李琰;王志冰;孫蔚;許曉慧;胡金杭;馮鑫振;朱紅保;李躍龍
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;中國電力科學研究院;江蘇省電力公司;東南大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M7/797
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

1.一種LC并聯雙向諧振DC/DC變換器的控制方法，所述變換器適用于高壓大功率情況；其特征在于：所述變換器包括依次連接的變換器模塊1、諧振單元和變換器模塊2；所述變換器模塊1與所述變換器模塊2分別包括并聯的直流電源、濾波電容和變換器橋臂；所述橋臂包括兩個并聯的由兩個開關管串聯組成的支路；所述諧振單元分別連接每個所述支路中的兩個開關管間；

每個所述開關管均有反向并聯的二極管；所述變換器模塊1中的支路包括串聯的開關管Q2和開關管Q4以及串聯的開關管Q1和開關管Q3；所述變換器模塊2中的支路包括串聯的開關管Q6和開關管Q8以及串聯的開關管Q5和開關管Q7；所述諧振單元包括并聯的電感Lr和電容Cr；所述諧振單元的第一端分別連接開關管Q1與Q3之間和開關管Q6和Q8之間；所述諧振單元的第二端分別連接開關管Q2與Q4之間和開關管Q5和Q7之間；

所述變換器模塊2中的變換器橋臂與其濾波電容間串聯開關管Q9，所述開關管Q9反向并聯二極管D9；

所述方法包括8個階段；在第一階段中降壓工作時，所述開關管Q1和開關管Q4導通，所述電容Cr的電壓VCr為負的所述變換器模塊1的直流電源的電壓V1；

所述電感Lr電流由正的I₀線性減小到零然后再反向增加到I₁直到I₁大于I₀是輸入給電感補充能量的過程，其輸出電流由濾波電容C2提供；

升壓工作時，所述開關管Q5和開關管Q8導通，所述諧振單元中的電容的電壓VCr為所述變換器模塊2的直流電源的電壓V2，所述電感Lr上的電壓等于輸入電壓，電感電流呈線性增加；該階段是輸入給電感補充能量的過程，電感電流從I₀開始線性增加到I₁，輸出電流由濾波電容提供；

在第二階段中降壓工作時，所述開關管Q1和開關管Q4同時關斷，所述電感Lr與電容Cr發生并聯諧振直到所述開關管Q9導通，所述電容Cr的電壓VCr等于所述電壓V2；該階段中，所述變換器的輸入端和輸出端沒有能量傳輸，輸出電流依然由濾波電容C2提供；變換器的能量在所述電感Lr和電容Cr之間進行傳遞，但電感Lr和電容Cr上的總能量不變；

升壓工作時，所述開關管Q5和開關管Q8同時關斷，所述電感Lr和電容Cr發生并聯諧振直到所述電壓VCr為負的所述電壓V1；在該階段中所述變換器的輸入端和輸出端沒有能量傳輸，輸出電流依然由濾波電容C1提供，能量在所述電感Lr和電容Cr之間進行傳遞，所述電感Lr與電容Cr的總能量不變；

在第三階段中降壓工作時，所述開關管Q5的反并二極管D5和開關管Q8的反并二極管D8導通，所述電感Lr中的電流流過開關管Q5的反并二極管D5和開關管Q8的反并二極管D8為濾波電容C2充電，并提供負載電流；該階段中，所述電容Cr的電壓保持不變，所述電感Lr上電流線性減少；變換器輸入的能量就是在該階段傳給負載的直到所述開關管Q9關斷結束；

升壓工作時，所述開關管Q1的反并二極管D1和開關管Q4的反并二極管D4導通，所述電感Lr中的電流流過反并二極管D1，所述反并二極管D4給濾波電容C1充電，并提供負載電流，在該階段內，所述電壓VCr保持不變，所述電感Lr上電流線性減少，所述變換器輸入的能量在該階段內傳給負載直到所述電感Lr電流為零結束；

在第四階段中降壓工作時，所述諧振電感Lr的電流iLr為I₃，所述電容Cr的電壓VCr為所述輸出電壓V2，所述開關管Q5的反并二極管D5和所述開關管Q8的反并二極管D8關斷，所述電感Lr和電容Cr發生并聯諧振直到所述電壓VCr等于所述電壓V1；該階段中，所述電感Lr和電容Cr上能量和不變；

升壓工作時，所述諧振電感Lr的電流iLr＝I₃＝0，所述反并二極管D1，反并二極管D4關斷，所述電感Lr和電容Cr發生并聯諧振直到所述電壓VCr為負的所述V2，該階段內，所述電感Lr和電容Cr上的總能量不變；

在第五階段中降壓工作時，所述開關管Q2和開關管Q3導通，所述電壓VCr為所述電壓V1，所述電感Lr上的電壓等于輸入電壓V1，所述電感Lr電流由負的I₄線性減小到零然后再反向增加到I₅直到I₅大于I₄；

該階段是所述變換器輸入給電感補充能量的過程，所述電感Lr電流從反向I₄開始線性減小到零然后反向增加到I₅，所述變換器的輸出電流由濾波電容C2提供；

升壓工作時，所述開關管Q6和開關管Q7導通，所述電壓VCr為負的所述電壓V2，所述電感Lr上的電壓等于負輸入電壓，所述電感Lr電流呈線性反向增加，這個階段是輸入給電感補充能量的過程，所述電感Lr電流從I₄開始反向線性增加到I₅，輸出電流由濾波電容C1提供；

在第六階段中降壓工作時，所述開關管Q2和所述開關管Q3同時關斷，所述電感Lr與電容Cr發生并聯諧振直到所述開關管Q9導通，所述電壓VCr為負的所述電壓V2；該階段中，所述變換器的輸入端和輸出端沒有能量傳，輸出電流依然由濾波電容C2提供；所述變換器的能量在電感和電容之間進行傳遞，所述電感Lr和電容Cr上的總能量不變；

升壓工作時，所述開關管Q6和第七開關管Q7同時關斷，所述電感Lr與電容Cr發生并聯諧振直到所述電壓VCr為所述電壓V1，在該階段中輸入端和輸出端沒有能量傳輸，輸出電流依然由濾波電容C1提供，能量在電感Lr和電容Cr之間進行傳遞，所述電感Lr和電容Cr上的總能量不變；

在第七階段中降壓工作時，所述電壓VCr等于負的所述電壓V2，所述開關管Q6的反并二極管D6和開關管Q7的反并二極管D7導通，所述電感Lr中的電流流過開關管Q6的反并二極管D6和開關管Q7的反并二極管D7為所述濾波電容C2充電，并提供負載電流；該階段內，所述電壓VCr保持不變，所述電感Lr上電流線性減少；所述變換器的輸入的能量就是在該階段內里傳給負載的直到所述開關管關斷才結束該階段；

升壓工作時，所述電壓VCr等于所述電壓V1，所述開關管Q2的反并二極管D2和開關管Q3的反并二極管D3導通，所述電感Lr中的電流流過反并二極管D2，所述反并二極管D3給濾波電容C1充電，并提供負載電流，在該階段內，所述電壓VCr保持不變，所述電感Lr上電流線性減少，所述變換器的輸入的能量在該階段傳給負載直到電感電流為零結束；

在第八階段中降壓工作時，所述諧振電感Lr的電流iLr等于I₇，所述電壓VCr為負的所述電壓V2，所述開關管Q6的反并二極管D6和開關管Q7的反并二極管D7關斷，所述電感Lr和電容Cr發生并聯諧振直到所述電壓VCr為負的所述電壓V1；該階段內，所述電感Lr和電容Cr上能量和不變；

升壓工作時，所述諧振電感Lr的電流iLr＝I₇＝0，所述電壓VCr為所述電壓V1，所述反并二極管D2和反并二極管D3關斷，所述電感Lr和電容Cr發生并聯諧振直到所述電壓VCr等于所述電壓V2，該階段內，所述電感Lr和電容Cr上的總能量不變。