[發明專利]一種高電壓增益的LCL諧振式直流-直流變換器

有效

• 申請號: 201811275220.X
• 申請日: 2018-10-30
• 公開（公告）號: CN109245545B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 袁義生;梅相龍;姬鵬遠
• 申請（專利權）人: 華東交通大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 南昌市平凡知識產權代理事務所 36122
• 代理人: 姚伯川

一種高電壓增益的LCL諧振式直流?直流變換器，包括直流電源U_in、反激變壓器TX₁和主變壓器TX₂、與兩個變壓器原邊繞組相連的原邊電路、與反激變壓器副邊繞組相連的二極管D₅、與主變壓器副邊繞組相連的整流電路，以及輸出電容C_o和負載電阻R_o。與反激變壓器和主變壓器原邊繞組相連的原邊電路包括四個功率開關管及其四個反并聯二極管，一個諧振電容C_r和一個諧振電感L_k。本發明在不增加功率開關管數量且各功率開關管保持軟開關性能的前提下，將諧振電感移至直流電源側，增加了在LCL諧振階段可傳遞的能量。在保留了LCL諧振特性的基礎上，實現了電壓增益的提高。

技術領域

本發明涉及一種高電壓增益的LCL諧振式直流-直流變換器，屬電力電子技術領域。

背景技術

高效率的直流-直流變換器技術一直是電力電子技術行業研究的重點。LCL諧振式直流-直流變換器能實現原邊功率開關管的零電壓(ZVS)開通和副邊二極管的零電流(ZCS)關斷，具備高效率特性；而且在開關頻率f_s等于諧振頻率f_r的理想情況下具有恒流源的性質(見-馬皓，俞宏霞，嚴穎怡，“電流源型LCL諧振式變換器的研究”.中國電機工程學報，2009(9)：28-34)，所以比較適合于蓄電池充電器等領域使用。

然而，傳統LCL諧振式直流-直流變換器在大電流輸出、品質因數Q較大時的電壓增益G_v值(G_v等于輸出電壓U_O除以輸入電壓U_in)不高，限制了其在寬范圍輸出電壓和大充電電流場合下的應用。這與其工作原理是有關的。如圖1的傳統全橋LCL諧振式直流-直流變換器及圖2的4個開關管開關信號所示，傳統全橋LCL諧振式直流-直流變換器在半個開關周期T_s/2內有兩種工作階段：1)LCL諧振階段：此階段S₁和S₄(后半周期S₂和S₃)導通，加在L_r、C_r和L_k構成的LCL諧振腔的輸入電壓U_ab等于輸入電壓U_in，電路開始進入LCL諧振狀態。2)死區階段：此階段各開關管關斷，反并二極管D₂和D₃(后半周期D₁和D₄)導通，加在LCL諧振腔的輸入電壓U_ab等于-U_in，直至諧振電感電流和諧振電容電壓下降到零。LCL諧振階段是電路的主要工作階段，忽略勵磁電流時，該諧振是一個初始狀態為0的諧振，即初始諧振電感電流為0和初始諧振電容電壓為0，這限制了電壓增益的提高。如果能夠在LCL諧振階段之前加入一個對諧振器件預先儲能的階段，電路就能獲得一個更高的電壓增益。

因此，有必要改進現有的LCL諧振式直流-直流變換器，在保留其軟開關特性的基礎上，提高其直流電壓增益，使其更適合于寬輸出電壓范圍應用的場合。

發明內容

本發明的目的是，針對傳統LCL諧振式直流-直流變換器在LCL諧振初始狀態為零導致的電壓增益G_v值不高的問題，提供一種高電壓增益的LCL諧振式直流-直流變換器。

本發明實現的技術方案在于，一種高電壓增益的LCL諧振式直流-直流變換器，包括：直流電源U_in、反激變壓器TX₁和主變壓器TX₂、與兩個變壓器原邊繞組相連的原邊電路、與反激變壓器TX₁副邊繞組相連的二極管D₅、與主變壓器TX₂副邊繞組相連的整流電路，以及輸出電容C_o和負載電阻R_o。其拓撲結構如圖3所示。