[發(fā)明專利]多端口雙向轉(zhuǎn)換器及其控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110087268.3
• 申請(qǐng)日: 2021-01-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112928920A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 美莎·庫(kù)馬爾;姜雍泰克;包彼得;賈民立;孫浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 臺(tái)達(dá)電子工業(yè)股份有限公司
• 主分類號(hào): H02M3/335
• 分類號(hào): H02M3/335
• 代理公司: 隆天知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 72003
• 代理人: 王宇航;黃艷

本公開(kāi)提供一種多端口雙向轉(zhuǎn)換器及其控制方法，多端口轉(zhuǎn)換器包含變壓器、第一、第二及第三功率級(jí)電路和控制器。變壓器包含第一、第二及第三繞組。第一功率級(jí)電路包含多個(gè)第一開(kāi)關(guān)，且電連接于第一能量源及第一繞組。第二功率級(jí)電路包含多個(gè)第二開(kāi)關(guān)，且電連接于第二能量源及第二繞組，其中第一及第二功率級(jí)電路形成串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器。第三功率級(jí)電路包含多個(gè)第三開(kāi)關(guān)，且電連接于第三能量源及第三繞組。第一及第三功率級(jí)電路形成雙主動(dòng)橋式轉(zhuǎn)換器。控制器電連接于所有功率級(jí)電路，以感測(cè)多端口轉(zhuǎn)換器的運(yùn)行情況，并提供控制信號(hào)給所有開(kāi)關(guān)。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)涉及一種多端口雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器及其控制方法，特別涉及一種一或多個(gè)雙向諧振轉(zhuǎn)換器與一或多個(gè)雙主動(dòng)橋式(dual active bridge,DAB)轉(zhuǎn)換器的集成及其雙向控制方法。

背景技術(shù)

對(duì)于關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用中的設(shè)備而言，其所使用的高可用度電源系統(tǒng)必須具備更強(qiáng)的可靠性。為提升電源設(shè)備的可靠性，通常可選用本身即具高可靠性的元件，同時(shí)采用包含有能量源的冗余電源系統(tǒng)架構(gòu)，其中能量源可包含AC供電線、多個(gè)電池(有無(wú)下游負(fù)載皆可)或超級(jí)電容。針對(duì)具有多個(gè)能量源的冗余電源系統(tǒng)，可通過(guò)提供多個(gè)電源路徑來(lái)最大化其可用度。在有多個(gè)能量源的應(yīng)用中，所有的能量源由單一電源進(jìn)行充電，且每一能量源耦接于各自的負(fù)載，以分別傳送不間斷的電能至負(fù)載。然而，為提升可靠性，任一能量源均能夠傳輸電能至其余能量源，反之亦然。因此，于高可用度的系統(tǒng)中，需利用多個(gè)雙向轉(zhuǎn)換器于能量源之間進(jìn)行充放電，其中雙向轉(zhuǎn)換器可采用串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器拓?fù)浼半p主動(dòng)橋式轉(zhuǎn)換器拓?fù)洹?/p>

諧振轉(zhuǎn)換器多采用諧振腔電路來(lái)塑造開(kāi)關(guān)電壓及/或電流的波形，以將開(kāi)關(guān)耗損最小化，并在不降低轉(zhuǎn)換效率的情況下進(jìn)行高頻運(yùn)行。再者，由于諧振轉(zhuǎn)換器將寄生元件(例如漏感及/或變壓器的磁化電感)并入諧振腔電路中，故諧振轉(zhuǎn)換器必然可適用于需考慮寄生元件的影響的應(yīng)用中，例如電池充電系統(tǒng)中具有大電壓及/或大電流的隔離式電源供應(yīng)器。

圖1A及圖1B分別示出典型的隔離式諧振轉(zhuǎn)換器拓?fù)浼捌淅硐脒\(yùn)行波形。在圖1A所示的拓?fù)渲校C振元件為諧振電感L_R及諧振電容C_R，由于諧振電感L_R串聯(lián)連接于諧振電容C_R，故圖1A所示的電路可視為串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器。需注意的是，次級(jí)側(cè)二極管整流器多采用同步整流器，以將轉(zhuǎn)換效率最大化。

圖1B示出了圖1A中的串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器以零電壓切換(zero voltage switching，ZVS)運(yùn)行時(shí)的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)的典型波形圖。請(qǐng)參閱圖1A及圖1B，所有開(kāi)關(guān)S_P1、S_P2、S_P3、S_P4、S_S1、S_S2、S_S3及S_S4均以相同的占空比(50％)運(yùn)行，且同一橋臂中的初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)(例如S_P1與S_P2，或S_P3與S_P4)以互補(bǔ)方式運(yùn)行，以避免跨導(dǎo)。初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)的頻率由架構(gòu)于調(diào)整輸出的反饋控制回路所決定(即為可變頻率控制)。次級(jí)側(cè)同步整流開(kāi)關(guān)系于諧振電流i_P過(guò)零時(shí)同步進(jìn)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)相位延遲控制。亦即，初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)S_P1、S_P2、S_P3及S_P4的波形中的相位延遲(例如時(shí)刻T₀至T₁)會(huì)被引入次級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)S_S1、S_S2、S_S3及S_S4的波形中。