[發明專利]一種雙向L-LLC諧振直流-直流變換器

有效

• 申請號: 201711144943.1
• 申請日: 2017-11-17
• 公開（公告）號: CN107681903B
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 謝小高;謝春;董漢菁
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱月芬

本發明公開了一種雙向L?LLC諧振直流?直流變換器，本發明的雙向L?LLC諧振直流?直流變換器包括：原邊變換單元、副邊變換單元、諧振電感、諧振電容、輔助諧振支路和變壓器；本發明的變換器正向傳遞能量或者反向傳遞能量，所有的諧振元件都位于變壓器的一側，并且只有三個諧振元件參與諧振過程，簡化了諧振參數的設計；相比現有技術的L?LLC諧振直流?直流變換器，由于可選擇在變換器反向傳遞能量時將輔助開關關斷，從而將輔助電感從主回路中脫離，從而降低輔助電感帶來的損耗，提升變換器效率；此外，也可以在輕載情況下選擇開通輔助開關，利用輔助電感改善副邊變換單元的開關橋臂的軟開關條件，從而降低開關損耗，提升變換器效率。

技術領域

本發明屬于雙向直流-直流變換器，具體而言，是一種高效率的L-LLC諧振直流-直流變換器，適合應用于儲能以及新能源發電等應用領域。

背景技術

隨著世界能源資源的緊縮以及環境污染的加重，對于新能源的開發利用已經成為人類急需解決的問題。對于可再生能源而言，如何將這些新能源并網發電，變換為用戶可以直接利用的電能，是分布式發電領域主要的研究方向。由于分布式能源其自身并沒有能量儲存的功能，因此現今分布式發電系統大多數都是含有輔助存儲系統，從而形成含有儲能系統的復合式發電系統。

對于輔助儲能系統，如若采用不隔離型變換器拓撲，在輸出輸入電壓相差較大的時候，變換器的調壓范圍以及工作效率不是很理想且存在安全隱患。例如，運用在新能源并網發電過程中由于電路非隔離特性以及光伏板對地之間電容的存在，逆變電路工作過程中容易受到共模干擾等影響。同時，對于直流-直流變換器電路中器件的電流電壓應力要求較高。

進一步，在某些應用領域，需要變換器具有能量雙向流動的能力，如儲能用直流-直流變換器或電動汽車里的直流-直流變換單元。

隔離型LLC諧振直流-直流變換器由于能實現原副邊器件軟開關從而實現高效率、高功率密度而得到廣泛應用。圖1為一種現有結構能實現能量雙向流動的變結構LLC拓撲，即所謂的CLLC諧振直流-直流變換電路。圖1所示CLLC諧振直流-直流變換電路包括：

第一直流源V1，在能量正向流動時提供正向直流電壓；

原邊諧振單元，包括開關管Q1～Q4，諧振電感Lr1，諧振電容Cr1；

變壓器T，包括原邊繞組和副邊繞組，提供勵磁電感Lm，并起到電壓變換、隔離以及能量隔離傳輸作用；

副邊諧振單元，包括開關管Q5～Q8，諧振電感Lr2，諧振電容Cr2；

第二直流源V2，在能量正向流動時提供反向直流電壓；

所述CLLC諧振直流-直流變換電路中，所述第一直流源V1的正極和所述開關管Q1、Q3的漏極連接，所述開關管Q1的源極與所述開關管Q2的漏極以及所述諧振電感Lr1的第一端連接，所述諧振電感Lr1的第二端與諧振電容Cr1的第一端連接，所述諧振電容Cr1的第二端與所述變壓器T原邊繞組的同名端連接，所述開關管Q3的源極與所述開關管Q4的漏極以及變壓器T原邊繞組的異名端連接，所述開關管Q2、Q4的源極與所述第一直流源V1的負極連接。所述變壓器T副邊繞組的同名端與諧振電感Lr2的第一端連接，所述諧振電感Lr2的第二端與所述諧振電容Cr2的第一端連接，所述諧振電容Cr2的第二端與所述開關管Q7的源極以及開關管Q8的漏極連接，所述開關管Q5、Q7的漏極與所述第二直流源V2的正極連接，所述開關管Q5的源極與所述開關管Q6的漏極以及所述變壓器T副邊繞組的異名端的連接，所述開關管Q6、Q8的源極與所述第二直流源V2的負極連接。

然而，從圖1可以看到，所述CLLC諧振直流-直流變換電路具有兩個諧振腔：由諧振電感Lr1和諧振電容Cr1構成的原邊諧振腔，以及由諧振電感Lr2和諧振電容Cr2構成的副邊諧振腔。在電路正向傳遞能量和反向傳遞能量時，兩個諧振腔都會流過功率，一方面降低了電路的效率，另一方面兩個諧振腔的存在使得諧振腔的參數難以設計。