[發明專利]高增益三電平電流型雙向DC/DC變換器及其控制方法

在審

• 申請號: 202110459765.1
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113037096A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 張純江;喬玉璽;謝季芳;李旭明;郭忠南;趙曉君
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 石家莊眾志華清知識產權事務所(特殊普通合伙) 13123
• 代理人: 張建

本發明涉及電力電子技術領域，具體涉及高增益三電平電流型雙向DC/DC變換器及其控制方法，由前后級電路通過帶有中間抽頭的變壓器連接構成，低壓端口通過鉗位電容C_s有源鉗位抑制開關管電壓尖峰，通過升壓電感L儲存能量，低壓端口和升壓電感共同通過變壓器、傳輸電感L_s向高壓側傳遞能量實現高增益，高壓側采用三電平半橋結構并采用二極管及飛跨電容鉗位，減少開關管應力為輸出電壓的一半；本發明實現高增益、能量雙向流動、高壓側開關管低電壓應力，適用于蓄電池、超級電容連接的可再生能源的儲能系統中，具有良好的應用及推廣前景。

技術領域

本發明涉及電力電子技術領域，具體涉及高增益三電平電流型雙向DC/DC變換器及其控制方法。

背景技術

隨著微電網及分布式發電的發展，系統中能量從單一方向流動轉變為多方向流動。能夠實現能量的多向流動并且能夠主動控制功率流流向的電能路由器應需而生。電能路由器基于電力電子變換技術，可為不同類型的發電裝置及負載提供不同的多種接口。作為電能路由器的核心和關鍵環節，儲能裝置需要實現對間歇性能源波動的抑制，以及最大效率效益滿足電能路由器的功率需求。儲能裝置通過雙向DC/DC變換器與直流母線相連接，實現儲能裝置與母線間的雙向流動。儲能裝置如超級電容、蓄電池等，電壓波動范圍寬并且電壓等級遠遠低于直流母線電壓等級，因而需要一個寬范圍高增益的雙向直流變換器對儲能輸出電壓進行升壓變換。常見的雙向直流變換器如雙有源橋(DAB)雙向DC/DC變換器雖然適用于大功率場合，但不能實現全功率范圍軟開關，并且含有較大的電流紋波，電壓增益范圍窄，不適用于寬增益應用場景。在傳統DAB基礎上，發展出諧振型隔離雙向DC/DC變換器，可實現全功率范圍軟開關，但依然存在電流紋波較大，電壓增益范圍較窄的問題。以上均為電壓型隔離變換器，為了減少電流紋波、實現寬范圍電壓增益，考慮電流型隔離變換器。電流型變換器輸入端接入電感濾波，減小電流紋波，但電流型變換器依然存在問題，不能實現全功率范圍的軟開關，并且由于變壓器漏感存在，會在低壓側開關管上產生電壓尖峰。

發明內容

針對上述的不足，本發明低壓側采用有源鉗位的推挽結構，高壓側采用二極管及飛跨電容鉗位的半橋三電平結構形成低輸入電流紋波、高增益的隔離型雙向DC/DC變換器。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

高增益三電平電流型雙向DC/DC變換器，具有雙向變換功能的變換器包括：鉗位電容C_s的一端分別與第三功率開關管S₃的漏極、第四功率開關管S₄的漏極相連；

鉗位電容C_s的另一端分別與低壓端口V_L的負極、輸入電容C_i的一端、第一功率開關管S₁的源極、第二功率開關管S₂的源極相連；

低壓端口V_L的正極與輸入電容C_i的另一端、升壓電感L一端相連；升壓電感L的另一端與第一變壓器T₁初級側的中間抽頭相連；

升壓電感L的另一端與第一變壓器T₁初級側的中間抽頭相連；

傳輸電感L_s的另一端與第七功率開關管S₇的源極、第六功率開關管S₆的漏極相連；

第一變壓器T₁次級側的一端與傳輸電感L_s的一端相連；