[發明專利]并聯諧振式雙向隔離型高增益DC-DC變換器

有效

• 申請號: 201711407345.9
• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN107959424B
• 公開（公告）日: 2019-09-03
• 發明（設計）人: 李虹;曾洋斌;張智;鄭瓊林;游小杰
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M1/15;H02M3/158
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張潤

1.一種并聯諧振式雙向隔離型高增益DC-DC變換器，其特征在于，包括：

交錯升壓單元，所述交錯升壓單元包括第一電感L₁、第二電感L₂、第一開關管S₁、第二開關管S₂和低壓輸入源V_Lin或低壓負載R_LL，其中，所述第一電感L₁的一端和所述第一開關管S₁的漏極與第一節點A相連，所述第二電感L₂的一端和所述第二開關管S₂的漏極與第二節點B相連，所述第一電感L₁的另一端和所述第二電感L₂的另一端與所述低壓輸入源V_Lin的正極或所述低壓負載R_LL的一端相連，所述第一開關管S₁的源極和所述第二開關管S₂的源極與所述低壓輸入源V_Lin的負極或所述低壓負載R_LL的另一端相連；

并聯諧振單元，所述并聯諧振單元通過所述第一節點A和所述第二節點B與所述交錯升壓單元相連，所述并聯諧振單元包括并聯電容C_p、變壓器T_r，變壓器漏感L_lp，其中，所述并聯電容C_p的一端和所述變壓器T_r一次側的同名端與所述第一節點A相連，所述并聯電容C_p的另一端和所述變壓器T_r一次側的異名端與所述第二節點B相連，所述變壓器T_r二次側的同名端與第三節點C相連，所述變壓器T_r二次側的異名端與第四節點D相連；

Buck-boost單元，所述并聯諧振單元通過所述第三節點C和所述第四節點D與所述Buck-boost單元相連，所述Buck-boost單元包括第三開關管S₃、第四開關管S₄、隔直電容C_s、輸出電容C_o和高壓輸入源V_Hin或高壓負載R_HL，其中，所述第三開關管S₃的源極和所述第四開關管S₄的漏極與所述第三節點C相連，所述隔直電容C_s的一端與所述第四節點D相連，所述隔直電容C_s的另一端與所述第四開關管S₄的源極相連，所述第三開關管S₃的漏極和所述輸出電容C_o的一端與所述高壓輸入源V_Hin的正極或所述高壓負載R_HL的一端相連，所訴第四開關管S₄的源極和所述輸出電容C_o的另一端與所述高壓輸入源V_Hin的負極或所述高壓負載R_HL的另一端相連；

所述DC-DC變換器的工作模式包括升壓模式和降壓模式，其中，所述升壓模式包括十個工作模態，且前五個工作模態與后五個工作模態相互對稱，所述前五個工作模態分別為第一工作模態、第二工作模態、第三工作模態、第四工作模態和第五工作模態，所述降壓模式包括十個工作模態，且前五個工作模態與后五個工作模態相互對稱，所述前五個工作模態分別為第一工作模態、第二工作模態、第三工作模態、第四工作模態和第五工作模態；

在所述升壓模式第一工作模態下，包括：所述第一開關管S₁、所述第二開關管S₂和所述第三開關管S₃導通，所述第四開關管S₄關斷，所述輸出電容C_o向所述高壓負載R_HL供電，且通過所述第三開關管S₃向所述變壓器T_r反向充電，同時，所述低壓輸入源V_Lin通過所述第一開關管S₁向所述第一電感L₁恒壓充磁，通過所述第二開關管S₂向所述第二電感L₂恒壓充磁，其中公式如下：

其中，L_p＝(L_lp+L_ls)，i_Lp(t)為所述變壓器T_r的一次側電流，i_Ls(t)為所述變壓器T_r的二次側電流，i_S1(t)為所述第一開關管S₁的電流，i_S2(t)為所述第二開關管S₂的電流，i_S3(t)為所述第三開關管S₃的電流，V_HL為所述高壓負載R_HL的電壓，L_lp為所述變壓器T_r一次側的漏感，L_ls為所述變壓器T_r二次側的漏感，i_L為所述第一電感L₁和所述第二電感L₂的穩態電流；

在所述降壓模式第一工作模態下，包括：所述第三開關管S₃導通，所述第一開關管S₁、所述第二開關管S₂和所述第四開關管S₄關斷，所述第三開關管S₃實現軟開通，所述高壓輸入源V_Hin向所述變壓器T_r充電，所述第一電感L₁和所述第二電感L₂通過所述第一開關管S₁的反并聯二極管和所述第二開關管S₂的反并聯二極管續流，將所述并聯電容C_p的電壓和所述變壓器T_r一次側的電壓箝位在零，所述第二開關管S₂的電流逐漸轉移到所述第一開關管S₁中，所述變壓器T_r二次側的電流線性上升，其中公式如下：

其中，L_p＝(L_lp+L_ls)，i_Lp(t)為所述變壓器T_r的一次側電流，i_Ls(t)為所述變壓器T_r的二次側電流，i_S1(t)為所述第一開關管S₁的電流，i_S2(t)為所述第二開關管S₂的電流，i_S3(t)為所述第二開關管S₂的電流，V_Hin為所述高壓輸入源V_Hin的電壓，L_lp為所述變壓器T_r一次側的漏感，L_ls為所述變壓器T_r二次側的漏感，i_L為所述第一電感L₁和第二電感L₂的穩態電流。