[實用新型]一種雙向全橋諧振直流/直流變換器

有效

• 申請號: 201720150001.3
• 申請日: 2017-02-17
• 公開（公告）號: CN206658155U
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: 姜桂賓
• 申請（專利權）人: 珠海英搏爾電氣股份有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 珠海智專專利商標代理有限公司44262
• 代理人: 黃國豪

技術領域

本實用新型設計直流電源變換技術，尤其涉及一種雙向全橋諧振直流/直流變換器。

背景技術

在新能源光伏系統、儲能系統以及電動汽車充電系統等多種應用場合，要求電能變換器中的能量可以雙向流動，能量即可以由電網流向電池等儲能單元，實現電能的存儲，同時，又要求能量可以從儲能單元流向電網或單獨以交流電源的形式輸出，實現電網電能的調節或者滿足離網條件下電能的使用。出于安全性考慮，這種雙向能量變換系統最好能實現輸入輸出的電氣隔離。目前，非隔離的交直流變換電路已經非常成熟，可以很方便的實現交流電與中間直流單元的非隔離能量雙向流動。因此，如何實現電能高效的隔離直流/直流變換，從而實現中間直流單元與儲能單元的隔離雙向能量變換，是當前急需解決的一個現實問題。

傳統的推挽、半橋以及全橋等硬開關形式變換器只要將副邊整流二極管更換為開關管，就可以簡單方便地實現電路的雙向變換。但這些硬開關電路由于開關損耗過大，變換效率較低，不適合于大功率和高頻應用場合。特別地，移向全橋電路形式可以實現原邊開關管的軟開通，同時也可以通過將副邊整流二極管更換為開關管而簡單方便地實現電路的雙向變換。但其有兩個缺陷：一是副邊整流管不能實現零電流關斷，二是輕載情況下原邊開關管也不能實現零電流開通。這也限制了移向全橋電路在隔離雙向直流變換領域的應用。

諧振變換電路尤其是LLC諧振變換電路是近幾年快速發展起來的一種軟開關電路拓撲。以現有的LLC串聯諧振變換器為例，由于諧振元件工作在正弦諧振狀態，開關管上的電壓可以自然過零從而實現零電壓開通，以及很容易實現副邊整流管的零電流關斷，從而減小了開關管的開通損耗，提高了電源的整體效率。這類拓撲通常采用變頻調制(PFM)方式，通過調整開關管的工作頻率達到穩定輸出電壓的目的。

變換器的控制原理是通過對全橋每個橋臂的上下管互補導通，每個開關管的占空比接近50％，并對Q1和Q4以及Q2和Q3同時導通和關斷，再加在諧振網絡上的電壓為+Vin～-Vin變動的方波，占空比為50％，電壓有效值接近Vin。如果僅采用頻率調制的方式調整輸出電壓，則電源輸出電壓增益與開關頻率的關系為：

其中，Vin和Vout分別為輸入電壓和輸出電壓，n為變壓器變比，Lr為諧振電感值，Cr為諧振電容值，Lm為激磁電感值，f為工作頻率，為諧振頻率，Rg為輸出負載。

從上式可以看出，在輸入電壓和其它電路參數選定的情況下，LLC串聯諧振的輸出電壓隨工作頻率的提高而降低，其控制頻率與輸出電壓增益的關系如圖1所示，LLC串聯諧振變換器的升壓能力是有限的，在一定范圍內隨著工作頻率的降低輸出電壓升高。超過這個范圍，反而隨著工作頻率降低輸出電壓降低，這不符合電路負反饋的單調性要求而在實際工作中不能使用。同時，LLC串聯諧振的降壓能力也是有限的，雖然理論上隨著工作頻率的提高輸出電壓可以持續下降，但考慮實際電路器件高頻損耗的影響，電路工作頻率不可能很高(一般最高到諧振頻率的2倍左右)。因此，在一定的工作頻率范圍內，LLC串聯諧振電路的輸出電壓不可能降到很低，特別是負載較輕的情況下。綜上所述，LLC諧振變換器雖然具有容易實現軟開關從而提高電路效率的優勢，但其一個非常明顯的弱勢是在僅采用頻率調制的控制方式時輸出電壓范圍很窄，不能應用在需要寬范圍輸出的場合。

同時在另一方面，不論在輕載還是重載條件下，LLC電路都可以很容易實現原邊開關管的零電流開通；并且，LLC電路可以實現副邊整流二極管的零電流關斷，降低了反向恢復損耗。這些都大大減小了電路中開關元件的開關損耗，故成為目前較為流行的開關電源拓撲形式。但是，LLC電路不是一種對稱的電路拓撲形式，當能量反方向流動時，其電路特性不再是LLC諧振特性而是退化為LC諧振特性，從而大大降低了反向工作時的工作范圍以及加劇了開關管實現軟開關的難度。因此，傳統的LLC諧振電路并不太適合于工作在能量雙向流動的狀態下。

發明內容

本實用新型的第一目的是提供一種雙向穩定變換工作的雙向全橋諧振直流/直流變換器。

為了實現本實用新型的第一目的，本實用新型提供一種雙向全橋諧振直流/直流變換器，其包括依次相連接的第一濾波電路、第一全橋電路、諧振變換電路、第二全橋電路和第二濾波電路；

雙向諧振變換電路還包括控制單元，控制單元分別與第一濾波電路、第二濾波電路電連接；