[發明專利]一種雙向隔離型DC/DC變換器

有效

• 申請號: 202110206347.1
• 申請日: 2021-02-24
• 公開（公告）號: CN112968610B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 吳學智;牛靖凱;荊龍;童亦斌
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M3/28
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 姜威

本發明提供了一種雙向隔離型DC/DC變換器及控制方法，包括：至少2臺LLC諧振變換器單元；LLC諧振變換器單元包括兩個開關網絡和一個諧振單元；諧振單元包括諧振電容、諧振電感和變壓器，第一開關網絡的第一接口與諧振電容、諧振電感以及變壓器的一個繞組串聯后連接至第一開關網絡的第二接口，變壓器的另一個繞組的兩端分別與第二開關網絡的兩個接口相連；所有LLC諧振變換器單元分兩類，所有一類LLC諧振變換器單元的第一開關網絡與所有二類LLC諧振變換器單元的第二網絡進行串聯，所有一類LLC諧振變換器單元的第二開關網絡與所有二類LLC諧振變換器單元的第一網絡進行并聯。能實現雙向的增益和效率一致以及平滑的功率換向。

技術領域

本發明涉及DC/DC變換器技術領域，尤其涉及一種雙向隔離型DC/DC變換器。

背景技術

隔離型DC/DC變換器中無源器件的尺寸可隨著開關頻率的不斷提高大大降低，但是其開關損耗卻會大幅增加。作為隔離型DC/DC變換器的一種典型拓撲，單向功率流動的LLC諧振變換器在全負載范圍內可以實現變壓器原邊開關管的零電壓開關和副邊開關管的零電流開關，從而減小開關損耗、提高了轉換效率、降低了電磁干擾。由于具備以上優點，LLC諧振變換器被廣泛應用于單向功率流動的場合，以實現更高的功率密度。同時，LLC諧振變換器在功率正向流動和功率反向流動時存在不同的諧振特性，因此很少直接用于功率雙向流動的場合。在功率雙向流動的場合，一般采用兩種方式來實現高效的功率傳輸：一種是采用CLLC或CLLLC等雙向諧振拓撲來實現高效的功率流動，但是這種方法存在的缺點就是在參數設計和控制策略上比較復雜；另一種是將非隔離型DC/DC變換器和LLC諧振變換器級聯后使用，非隔離型DC/DC變換器來實現功率及電壓的控制，而定頻控制的LLC諧振變換器僅用來實現高效的隔離變換，但其中非隔離型DC/DC變換器的損耗較大。

LLC諧振變換器中的諧振電容、諧振電感和變壓器的勵磁電感構成諧振網絡，通過調節開關頻率可實現對輸出電壓和輸出功率的控制。但是該諧振網絡不具備對稱性，因此在正向功率流動和反向功率流動時，諧振網絡的增益特性不同，從而不適用于雙向功率流動的場合。對于采用雙向諧振網絡的CLLC拓撲和CLLLC拓撲的變換器，其諧振網絡能在功率雙向流動時實現相同的增益。但是，為了保證實現雙向的相同增益，其諧振網絡的參數需要進行復雜的計算及驗證，且在功率方向發生變化時，兩側開關器件的控制策略也需要發生改變，控制難度高。對于非隔離型DC/DC變換器和LLC諧振變換器的級聯方案，工作在諧振頻率下的LLC諧振變換器在功率雙向流動時，可以實現高效的功率傳輸，但無法控制其增益及功率大小，因此需要非隔離型DC/DC變換器對增益及功率進行控制。但是，采用級聯的非隔離型的DC/DC變換器同時也流過所有功率，且大多不能實現軟開關，損耗較大。

因此，亟需一種雙向隔離型DC/DC變換器，以克服單級LLC諧振變換器難以應用于功率雙向流動的場合以及現有雙向功率拓撲存在的控制復雜、損耗較大等問題。

發明內容

本發明提供了一種雙向隔離型DC/DC變換器，以解決現有技術問題中存在的缺陷。

為了實現上述目的，本發明采取了如下技術方案。

一種雙向隔離型DC/DC變換器，包括：至少n臺LLC諧振變換器單元，n≥2；

所述LLC諧振變換器單元包括兩個開關網絡和一個諧振單元；所述諧振單元包括諧振電容、諧振電感和變壓器，所述第一開關網絡的第一接口與諧振電容、諧振電感以及變壓器的一個繞組串聯后連接至第一開關網絡的第二接口，變壓器的另一個繞組的兩端分別與第二開關網絡的兩個接口相連；

所述n臺LLC諧振變換器單元包括兩類LLC諧振變換器單元，其中，一類LLC諧振變換器單元為LLC諧振變換器單元的第一開關網絡采用串聯的方式與其他諧振變換器單元的開關網絡相連、第二開關網絡采用并聯的方式與其他諧振變換器單元的開關網絡相連；二類LLC諧振變換器單元為LLC諧振變換器單元第二開關網絡采用串聯的方式與其他諧振變換器單元的開關網絡相連、第一開關網絡采用并聯的方式與其他諧振變換器單元的開關網絡相連；