[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

本發明公開了一種并聯諧振式雙向隔離型高增益DC?DC變換器，包括：交錯升壓單元，包括第一電感和第二電感、第一開關管和第二開關管以及低壓輸入源或低壓負載；并聯諧振單元，包括并聯電容和變壓器；Buck?boost單元，包括隔直電容、第三開關管和第四開關管、輸出電容以及高壓輸入源或高壓負載；交錯升壓單元通過第一節點和第二節點與并聯諧振單元相連。該變換器能通過交錯升壓單元和并聯諧振單元實現低壓輸入源到高壓負載的高增益升壓變換，也能通過Buck?boost單元和并聯諧振單元實現高壓輸入源到低壓負載的高增益降壓變換，從而使變換器效率更高，進一步提高增益，降低成本，輸入電流紋波小，并且結構簡單，易于實現。

技術領域

本發明涉及電力電子技術領域，特別涉及一種并聯諧振式雙向隔離型高增益DC-DC變換器。

背景技術

目前，智能電網已經成為未來能源發展的關鍵技術和主體方向，其涵蓋的交直流微電網中所涉及的新能源發電由于其間歇性、隨機性和不穩定性，需要增加儲能單元對新能源發電進行互補和存儲。為了在交直流微電網中使儲能單元的電能安全、穩定、平滑地接入接出，雙向隔離型DC-DC(Direct Current to Direct Current，直流轉直流)變換器是十分關鍵的技術設備。為了適應未來智能電網高標準的技術要求，雙向隔離型DC-DC變換器需要具備高效、高增益、高功率密度、低成本和低電流紋波的優勢，而開發同時滿足多項高標準的雙向隔離型DC-DC變換器是需要進一步突破的技術瓶頸。

相關技術中，雙向隔離型DC-DC變換器主要包括雙有源橋式、LLC諧振式、CLLC諧振式、開關Z源式以及各類帶吸收電路的半橋式和全橋式，其中，針對雙有源橋式和諧振式雙向隔離型DC-DC變換器的研究較多，他們具備高效、高可靠性等優點，然而它們至少需要8個有源開關管，依靠變壓器的變比實現高增益變換，而且在功率控制和低電流紋波方面也存在諸多問題。針對這些問題，一些相關技術文獻對其進行了改進和分析的研究。

例如，為了降低電流紋波并提高效率，一種相關技術提出電流饋電型雙向隔離DC-DC變換器，低壓側由帶輸入電感的半橋結構構成，高壓側由帶三抽頭的全橋結構加兩個電容構成，能夠實現寬輸入范圍、低電流紋波、低導通損耗和軟開關操作。然而三抽頭的變壓器不僅會增大體積而且會增加損耗，需要6個有源開關管的同時還需要四個半橋式的電容，較大地影響到成本和體積的優勢。為了提高雙向隔離型DC-DC變換器電壓增益比和效率，另一種相關技術提出了新型的高變換比高校的雙向隔離型DC-DC變換器，低壓側使用雙電流饋電型電路以降低電流紋波和導通損耗，高壓側使用隔直電容以降低變壓器的電壓和回收漏感的能量，僅需要4個有源開關管，能夠實現低電流紋波、高增益和高效率。然而，未能實現軟開關操作，而且低壓側的漏感影響無法消除，這將導致開關損耗增加，有源開關管的電流尖峰高。

此外，還有一種相關技術提出了基于GaN器件的高效雙向隔離型DC-DC變換器，低壓側由中心抽頭的有源鉗位電路構成，高壓側由基于GaN器件的半橋電路構成，包含4個主開關管和2個有源鉗位的輔助開關管，有源鉗位的結構和GaN器件能夠解決低壓側和高壓側的漏感影響問題，實現高效、高增益和高功率密度等優點。然而，不能解決低壓側的電流紋波問題。因此，為了能夠同時實現高效、高增益、高功率密度、低成本和低電流紋波的優勢，雙向隔離型DC-DC變換器仍然需要進一步研究與開發。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。

為此，本發明的目的在于提出一種并聯諧振式雙向隔離型高增益DC-DC變換器，該變換器可以使得變換器效率更高、進一步提高增益，降低成本，輸入電流紋波小，并且結構簡單，易于實現。