[發明專利]無極控制串聯/并聯雙向電源電路及其控制方法

在審

• 申請號: 202011205099.0
• 申請日: 2020-11-02
• 公開（公告）號: CN112366950A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 岳秀梅;李奎;馬琳;鄭真;李情;汪洪亮;羅安
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M3/28
• 代理公司: 北京細軟智谷知識產權代理有限責任公司 11471
• 代理人: 尚文文

本申請公開了一種無極控制串聯/并聯雙向電源電路及其控制方法。所述電源電路包括第一開關電路、第二開關電路、第一直流轉換電路(phase1)和第二直流轉換電路(phase2)，通過控制第一開關電路、第二開關電路以及phase1和phase2中的開關管導通或關斷，實現phase1和phase2輸入側并聯，輸出側串聯或并聯。串聯/并聯式雙向電源拓撲可以實現超寬的電壓增益，可以廣泛應用于寬范圍電壓輸入、寬范圍電壓輸出的場合，有效解決傳統LLC諧振變換器等拓撲的增益受限問題。此外，由于phase1和phase2共用了輸出側濾波電容，可以實現串聯與并聯的無縫切換，從而減小瞬態過程對負載側的沖擊。

技術領域

本申請涉及LLC諧振電路技術領域，尤其涉及一種無極控制串聯/并聯雙向電源電路及其控制方法。

背景技術

DC/DC直流變換器廣泛應用于新能源儲能、直流微電網、大型數據中心、電動汽車充電和LED照明等領域。在能量單向流動的應用場合如大型數據中心，單向DC/DC直流變換器由于其結構與控制簡單，得到了廣泛應用，但由于新能源發電、直流微電網等高速發展與應用，儲能成為了必不可少的環節，傳統單向電源無法滿足能量雙向流動的需求，故而雙向DC/DC變換器正成為業界應用與研究的主流變換器。對于直流變換器中的LLC諧振變換器，其實現了原邊側零電壓開關(Zero Voltage Switching，ZVS)和副邊側零電流開關(ZeroCurrent Switching，ZCS)，大幅降低了元件損耗，具有很高的效率。另一方面，ZVS與ZCS的實現有利于進一步提升開關頻率，減小磁性元件體積，以實現高功率密度性能。因此，相比于其他DC/DC變換器，LLC諧振變換器具有優勢明顯的高效率和高功率密度性能，因而逐漸成為了DC/DC直流變換器領域的主流變換器。

針對寬范圍電壓輸入輸出場合，對于LLC諧振變換器而言，要實現寬電壓增益，意味著開關頻率fs變化范圍大，諧振電感與勵磁電感的比值大。開關頻率fs變化范圍大會導致磁性元件設計難度大，另外開關頻率fs若偏離諧振頻率fr太大會導致變換器的性能下降；諧振電感與勵磁電感比值大則導致無功電流增大，從而增大元件的損耗，降低變換器效率。

然而，現有技術中通過在輸入和輸出側添加有源開關的優化方法，能夠在一定程度上拓寬增益范圍，但是仍無法適用于3倍以上的增益需求場合，并且該類方法不利于多模塊擴容。對于在調頻、移相和全橋/半橋工作模式切換的優化策略，移相會導致喪失一定的ZVS性能，降低變換器的效率，另外在全橋半橋的瞬態切換過程仍無法實現平滑過渡，對負載和諧振腔均有較大的沖擊。

發明內容

本申請實施例提供了一種無極控制串聯/并聯雙向電源電路及其控制方法，用于實現拓寬增益范圍、減小對負載的瞬態沖擊。

第一方面，本申請實施例提供一種無極控制串聯/并聯雙向電源電路，包括：

第一開關電路、第一直流轉換電路、第二直流轉換電路和第二開關電路；所述無極控制串聯/并聯雙向電源電路在控制信號的控制下實現所述第一直流轉換電路與所述第二直流轉換電路輸入側并聯，輸出側并聯或者輸出側串聯；

所述第一開關電路包括第一端、第二端、第三端和第四端，所述第一開關電路第三端和所述第一開關電路第四端分別連接外部電源或負載的正、負極，在控制信號的控制下實現至少三種工作模式：四個端子中，導通所述第一開關電路第一端與所述第一開關電路第三端之間的連接和所述第一開關電路第二端與所述第一開關電路第四端之間的連接，且同時斷開所述第一開關電路第一端與所述第一開關電路第二端之間的連接；四個端子中，僅導通所述第一開關電路第一端與所述第一開關電路第二端之間的連接，且斷開其他端與端之間的連接；四個端子中，斷開所有端與端之間的連接；

所述第一直流轉換電路用于把第一直流電經過高頻變換轉換成預期的第二直流電，所述第一直流轉換電路包括：第一直流轉換第一端、第一直流轉換第二端、第一直流轉換第三端和第一直流轉換第四端，所述第一直流轉換第一端連接所述第一開關電路的第三端，所述第一直流轉換第二端連接所述第一開關電路的第二端；