[發明專利]一種寬輸出范圍的高能效雙向DC/DC變換器

有效

• 申請號: 202110677108.4
• 申請日: 2021-06-18
• 公開（公告）號: CN113422517B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 程新紅;周學通
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所(普通合伙) 31233
• 代理人: 錢文斌

本發明涉及一種寬輸出范圍的高能效雙向DC/DC變換器，包括依次連接的原邊全橋電路、諧振電路、變壓器和副邊全橋電路，所述諧振電路包括第一諧振電感、第二諧振電感和諧振電容；所述第一諧振電感的一端與所述原邊全橋電路的第一輸出端相連，另一端與所述第二諧振電感的一端相連；所述第二諧振電感的另一端與所述變壓器原邊側的第一端相連，所述諧振電容的一端與所述第一諧振電感的另一端相連，另一端與所述變壓器原邊側的第二端相連，所述諧振電容的另一端還與所述原邊全橋電路的第二輸出端相連；所述第一諧振電感和第二諧振電感的電感值相同。本發明雙向均可實現軟開關，并能夠提高雙向DC/DC變換器的功率密度。

技術領域

本發明涉及開關電源技術領域，特別是涉及一種寬輸出范圍的高能效雙向DC/DC變換器。

背景技術

DC/DC變換器是電動汽車配電系統的關鍵部件。一方面DC/DC變換器將動力電池的高壓電轉換為低壓電供給電動汽車中的低壓模塊，另一方面DC/DC變換器作為車載充電機(OBC)的后級，將高壓母線電壓轉換為動力電池所需的高壓電，并提供電氣隔離。電動汽車的一個發展趨勢是成為移動儲能設備，實現電動汽車向其他設備和電網的供電，即實現“V2X”功能。這對DC/DC變換器在反向傳輸能量時的性能提出了更高的要求，但現有的用于雙向傳輸能量的DC/DC變換器存在輸出范圍小、損耗大、功率密度低等問題，難以實現良好的雙向傳輸性能。

LLC諧振變換器是電動汽車配電系統中使用較多的DC/DC變換器拓撲，其基本結構如圖1所示。通過合理設置諧振腔參數，使工作頻率設置在位于感性區的諧振頻率附近，即可實現原邊開關管的軟開關，若同時工作頻率低于位于感性區的諧振頻率，則還可以實現副邊開關管的軟開關。軟開關的實現帶來的低損耗是LLC諧振變換器的優勢之一。然而，當電路用于反向傳輸能量時，LLC諧振變換器退化為串聯諧振變換器，一方面副邊開關管無法實現軟開關，失去了LLC諧振變換器相對其他諧振變換器的優勢；另一方面反向增益最大值為變壓器原邊匝數與副邊匝數之比，這限制了反向工作時的輸出電壓范圍。

CLLLC諧振變換器是LLC諧振變換器的改進電路，其基本結構如圖2所示。在LLC諧振變換器的基礎上，CLLLC諧振變換器在副邊增加一個諧振電容和一個諧振電感，利用對稱式結構使得反向傳輸時工作狀態與正向工作時相同，從而實現較好的反向傳輸性能。但此種結構的諧振腔由五個元件構成，尤其是三個諧振電感的存在占據了大量空間，造成其功率密度較小的問題。同時，CLLLC諧振變換器需要考慮原邊和副邊諧振腔的匹配問題，增大了設計的難度。

CLLC諧振變換器省去了CLLLC諧振變換器在副邊增設的諧振電感，僅比LLC諧振變換器多一個諧振電容，是一種非對稱式諧振變換器(如圖3所示)。這種非對稱式結構雖然能夠獲得比對稱式CLLLC變換器更高的功率密度，但正向與反向不同的工作狀態增大了設計的難度。同時，若參數設置不合理，在重載時CLLC諧振變換器的反向增益曲線會出現多個波峰，容易導致電路進入正反饋，閉環調節失效，嚴重時會導致炸機。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種寬輸出范圍的高能效雙向DC/DC變換器，雙向均可實現軟開關，并能夠提高雙向DC/DC變換器的功率密度。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種寬輸出范圍的高能效雙向DC/DC變換器，包括依次連接的原邊全橋電路、諧振電路、變壓器和副邊全橋電路，所述諧振電路包括第一諧振電感、第二諧振電感和諧振電容；所述第一諧振電感的一端與所述原邊全橋電路的第一輸出端相連，另一端與所述第二諧振電感的一端相連；所述第二諧振電感的另一端與所述變壓器原邊側的第一端相連，所述諧振電容的一端與所述第一諧振電感的另一端相連，另一端與所述變壓器原邊側的第二端相連，所述諧振電容的另一端還與所述原邊全橋電路的第二輸出端相連；所述第一諧振電感和第二諧振電感的電感值相同。