專(zhuān)利名稱(chēng)：串聯(lián)輸入串聯(lián)輸出全橋高頻隔離雙向dc/dc變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雙向DC/DC變換器，特別涉及一種串聯(lián)輸入串聯(lián)輸出全橋高頻隔離雙向DC/DC變換器。
背景技術(shù)：
雙向DC/DC變換器具有使用功率器件少，體積小，功率密度高以及自動(dòng)調(diào)節(jié)能量傳輸方向等優(yōu)點(diǎn)，它已被廣泛的應(yīng)用在UPS系統(tǒng)、航天電源系統(tǒng)、電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)及蓄電池充放電維護(hù)等場(chǎng)合。而采用高頻隔離的雙向DC/DC變換器，更是實(shí)現(xiàn)大功率電力電子變壓器在新能源發(fā)電、電能質(zhì)量調(diào)節(jié)、分布式發(fā)電中應(yīng)用，以及實(shí)現(xiàn)無(wú)工頻變壓器大功率變頻器在中高壓大功率交流傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 隨著科學(xué)與生產(chǎn)的迅猛發(fā)展和對(duì)環(huán)境保護(hù)和節(jié)約能源的要求，對(duì)雙向DC/DC變換器的需求越來(lái)越多。傳統(tǒng)的隔離式雙向DC/DC變換器電路拓?fù)浞N類(lèi)繁多、各具特色。但總體來(lái)看，都可以認(rèn)為是全橋電路、半橋電路、推挽電路的不同組合或它們的變形電路的不同組合。目前，應(yīng)用于較大功率場(chǎng)合的隔離型雙向DC/DC變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要為雙半橋拓?fù)浜碗p全橋拓?fù)?。雙半橋結(jié)構(gòu)和雙全橋結(jié)構(gòu)主要適合用于電壓不高中等功率應(yīng)用場(chǎng)合的情況，當(dāng)應(yīng)用在高壓大功率場(chǎng)合時(shí)，雙全橋和雙半橋結(jié)構(gòu)中的開(kāi)關(guān)管承受的電壓應(yīng)力為輸入或輸出電壓，其相應(yīng)的開(kāi)關(guān)損耗較大，降低了變換器的效率，且鑒于當(dāng)前的功率開(kāi)關(guān)管電壓水平，這種結(jié)構(gòu)的變換器輸入輸出電壓范圍受到很大限制，難以實(shí)現(xiàn)在高電壓大功率條件下的應(yīng)用。在應(yīng)用雙向DC/DC變換器的場(chǎng)合中，都要求盡可能的減小變換器的體積和重量，而提高開(kāi)關(guān)管的工作頻率可以實(shí)現(xiàn)小型化的要求，所以雙向DC/DC變換器的高頻化對(duì)于提高整個(gè)變換器的功率密度具有重要的意義。但是在提高開(kāi)關(guān)頻率的同時(shí)，又帶來(lái)了開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)損耗問(wèn)題。因此采用諧振、移相控制等軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，能有效的降低開(kāi)關(guān)損耗，是雙向DC/DC變換器能否高頻化運(yùn)行的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有的全橋拓?fù)浠虬霕蛲負(fù)浣Y(jié)構(gòu)的雙向DC/DC變換器不適用于高電壓大功率應(yīng)用場(chǎng)合的缺陷，本發(fā)明提供一種輸入串聯(lián)輸出串聯(lián)全橋高頻隔離雙向DC/DC變換器，可以在不同的輸入/輸出電壓和負(fù)載變化的情況下，通過(guò)移相調(diào)節(jié)使系統(tǒng)能夠傳輸最大功率，拓寬開(kāi)關(guān)管的軟開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)范圍，降低器件的電壓等級(jí)，減小器件的電壓應(yīng)力及器件的損耗，提聞系統(tǒng)的效率。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種輸入串聯(lián)輸出串聯(lián)全橋高頻隔離雙向DC/DC變換器，包括主回路及其移相控制電路，所述主回路包括第一全橋雙向DC/DC變換電路和第二全橋雙向DC/DC變換電路，兩個(gè)全橋雙向DC/DC變換電路的輸入端串聯(lián)連接，兩個(gè)全橋雙向DC/DC變換電路的輸出端串聯(lián)連接，兩個(gè)全橋雙向DC/DC變換電路結(jié)構(gòu)相同，分別包括輸入側(cè)全橋電路和輸出側(cè)全橋電路，分別用于整流和逆變，具有相同的結(jié)構(gòu)；第一諧振電路和第二諧振電路，用于軟開(kāi)關(guān)控制；高頻變壓器，用于隔離和變壓。其中，所述第一全橋雙向DC/DC變換電路的輸入側(cè)全橋電路的輸入端與第二全橋雙向DC/DC變換電路的輸入側(cè)全橋電路輸入端串聯(lián)后跟輸入網(wǎng)側(cè)相連，所述第一全橋雙向DC/DC變換電路的輸入側(cè)全橋電路與所述第一全橋雙向DC/DC變換電路的第一諧振電路的輸入端相連，所述第二全橋雙向DC/DC變換電路的輸入側(cè)全橋電路與所述第二全橋雙向DC/DC變換電路的第一諧振電路的輸入端相連,所述第一全 橋雙向DC/DC變換電路的第一諧振電路的輸出端與所述第一全橋雙向DC/DC變換電路的高頻變壓器的輸入端相連，所述第二全橋雙向DC/DC變換電路的第一諧振電路的輸出端與所述第二全橋雙向DC/DC變換電路的高頻變壓器的輸入端相連，所述第一全橋雙向DC/DC變換電路的高頻變壓器的輸出端與所述第一全橋雙向DC/DC變換電路的第二諧振電路相連，所述第二全橋雙向DC/DC變換電路的高頻變壓器的輸出端與所述第二全橋雙向DC/DC變換電路的第二諧振電路相連，所述第一全橋雙向DC/DC變換電路的第二諧振電路的輸出端與所述第一全橋DC/DC變換電路的輸出側(cè)全橋電路的輸入端相連，所述第二全橋雙向DC/DC變換電路的第二諧振電路的輸出端與所述第二全橋雙向DC/DC變換電路的輸出側(cè)全橋電路的輸入端相連,所述第一全橋雙向DC/DC變換電路的輸出側(cè)全橋電路的輸出端與所述第二全橋雙向DC/DC變換電路的輸出側(cè)全橋電路的輸出端串聯(lián)后跟輸出網(wǎng)側(cè)相連；所述第一全橋雙向DC/DC變換電路的輸入側(cè)全橋電路內(nèi)具有第一移相角，所述第一全橋雙向DC/DC變換電路的輸出側(cè)全橋電路內(nèi)具有第二移相角，所述第二全橋雙向DC/DC變換電路的輸入側(cè)全橋電路內(nèi)具有第三移相角，所述第二全橋雙向DC/DC變換電路的輸出側(cè)全橋電路內(nèi)具有第四移相角，所述第一全橋雙向DC/DC變換電路的輸入側(cè)全橋電路與所述第一全橋雙向DC/DC變換電路的輸出側(cè)全橋電路之間具有第五移相角，所述第二全橋雙向DC/DC變換電路的輸入側(cè)全橋電路與所述第二全橋雙向DC/DC變換電路的輸出側(cè)全橋電路之間具有第六移相角，所述第一全橋雙向DC/DC變換電路與所述第二全橋雙向DC/DC變換電路之間具有第七移相角，所述移相控制電路輸出對(duì)七個(gè)移相角的控制信號(hào)相連。當(dāng)能量從所述輸入網(wǎng)側(cè)流向所述輸出網(wǎng)側(cè)時(shí)，第一全橋雙向DC/DC變換電路的輸入側(cè)全橋電路和第二全橋雙向DC/DC變換電路的輸入側(cè)全橋電路處于逆變狀態(tài)，所述第一全橋雙向DC/DC變換電路的輸出側(cè)全橋電路和第二全橋雙向DC/DC變換電路的輸出側(cè)全橋電路處于整流狀態(tài)；當(dāng)能量從所述輸出側(cè)流向所述輸入側(cè)時(shí)，所述第一全橋雙向DC/DC變換電路的輸入側(cè)全橋電路和第二全橋雙向DC/DC變換電路的輸入側(cè)全橋電路處于整流狀態(tài)，所述第一全橋雙向DC/DC變換電路的輸出側(cè)全橋電路和第二全橋雙向DC/DC變換電路的輸出側(cè)全橋電路處于逆變狀態(tài)。本發(fā)明的輸入串聯(lián)輸出串聯(lián)全橋高頻隔離雙向DC/DC變換器，其中所述全橋電路包括分壓電路、第一橋臂和第二橋臂，其中輸入側(cè)全橋電路的分壓電路包括2個(gè)電容量相等的分壓電容，2個(gè)分壓電容串聯(lián)后分別并聯(lián)在直流網(wǎng)側(cè)的正、負(fù)端，輸入側(cè)全橋電路的第一橋臂包括正向串聯(lián)的第一開(kāi)關(guān)管和第二開(kāi)關(guān)管，輸入側(cè)全橋電路的第二橋臂包括正向串聯(lián)的第三開(kāi)關(guān)管和第四開(kāi)關(guān)管，輸入側(cè)全橋電路的第一橋臂中和第二橋臂中兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的串連結(jié)點(diǎn)分別與所述諧振電路相連，各開(kāi)關(guān)管各自并聯(lián)有一個(gè)體二極管和一個(gè)寄生電容；輸出側(cè)全橋電路的分壓電路包括另2個(gè)電容量相等的分壓電容，另2個(gè)分壓電容或串聯(lián)后分別并聯(lián)在直流網(wǎng)側(cè)的正、負(fù)端，輸出側(cè)全橋電路的第一橋臂包括正向串聯(lián)的第五開(kāi)關(guān)管和第六開(kāi)關(guān)管，輸出側(cè)全橋電路的第二橋臂包括正向串聯(lián)的第七開(kāi)關(guān)管和第八開(kāi)關(guān)管，輸出側(cè)全橋電路的第一橋臂中和第二橋臂中兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的串連結(jié)點(diǎn)分別與諧振電路相連，各開(kāi)關(guān)管各自并聯(lián)有一個(gè)體二極管和一個(gè)寄生電容。本發(fā)明的輸入串聯(lián)輸出串聯(lián)全橋高頻隔離雙向DC/DC變換器，其中所述分壓電容的電壓和另2個(gè)分壓電容的電壓在穩(wěn)態(tài)工作時(shí)為直流網(wǎng)側(cè)電壓的一半。本發(fā)明的串聯(lián)輸入串聯(lián)輸出全橋高頻隔離雙向DC/DC變換器，其中所述第一諧振電路和第二諧振電路分別為由電感和電容組成的串并聯(lián)電路，包括相互串聯(lián)的第一諧振電感和第一諧振電容，其串聯(lián)結(jié)點(diǎn)為輸出端。
本發(fā)明的串聯(lián)輸入串聯(lián)輸出全橋高頻隔離雙向DC/DC變換器，第一諧振電路和第二諧振電路分別為由電感和電容組成的串并聯(lián)電路，包括相互串聯(lián)的第二諧振電感和第二諧振電容，第二諧振電容的另一端為輸出端。本發(fā)明的串聯(lián)輸入串聯(lián)輸出全橋高頻隔離雙向DC/DC變換器，第一諧振電路和第二諧振電路分別為由電感和電容組成的串并聯(lián)電路，包括相互串聯(lián)的第三諧振電感、第三諧振電容和第四諧振電感，第三諧振電容與第四諧振電感的串聯(lián)結(jié)點(diǎn)為輸出端。本發(fā)明的串聯(lián)輸入串聯(lián)輸出全橋高頻隔離雙向DC/DC變換器，第一諧振電路和第二諧振電路分別為由電感和電容組成的串并聯(lián)電路，包括相互串聯(lián)的第五諧振電感、第四諧振電容和第五諧振電容，第四諧振電容與第五諧振電容的串聯(lián)結(jié)點(diǎn)為輸出端。本發(fā)明的串聯(lián)輸入串聯(lián)輸出全橋高頻隔離雙向DC/DC變換器，第一諧振電路和第二諧振電路分別為由電感和電容組成的串并聯(lián)電路，包括相互串聯(lián)的第六諧振電感、第六諧振電容、第七諧振電感和第七諧振電容，第六諧振電容與第七諧振電感的串聯(lián)結(jié)點(diǎn)為輸出端。本發(fā)明的輸入串聯(lián)輸出串聯(lián)全橋高頻隔離雙向DC/DC變換器的優(yōu)點(diǎn)和積極效果在于通過(guò)將兩組全橋電路進(jìn)行串聯(lián)實(shí)現(xiàn)了高輸入輸出電壓條件下降低開(kāi)關(guān)管電壓應(yīng)力、增大電路的輸入/輸出電壓適用范圍，減小開(kāi)關(guān)損耗、提聞開(kāi)關(guān)頻率、減小聞?lì)l變壓器體積、雙向高效傳遞能量的目的。由于可以把低耐壓的開(kāi)關(guān)管應(yīng)用到高電壓場(chǎng)合，極大地降低了整機(jī)成本，同時(shí)，可以使用較高電壓傳輸能量，從而提高了變換器的整機(jī)效率。由于采用了諧振技術(shù)和移相技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的軟開(kāi)關(guān)，有效降低了開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)損耗，提高了變換器的工作效率。下面將結(jié)合實(shí)施例參照附圖進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。


圖I是本發(fā)明的串聯(lián)輸入串聯(lián)輸出全橋高頻隔離雙向DC/DC變換器的結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明的串聯(lián)輸入串聯(lián)輸出全橋高頻隔離雙向DC/DC變換器的電路圖；圖3a、圖3b至圖3e是諧振電路的五種電路結(jié)構(gòu)圖；圖4a是能量從輸入側(cè)流向輸出側(cè)時(shí)的工作波形；圖4b是能量從輸出側(cè)流向輸入側(cè)時(shí)的工作波形。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1，本實(shí)施例串聯(lián)輸入串聯(lián)輸出全橋高頻隔離雙向DC/DC變換器，包括主回路及其移相控制電路。主回路包括第一全橋雙向DC/DC變換電路和第二全橋變換電路，其中每個(gè)全橋雙向DC/DC變換電路包括輸入側(cè)全橋電路、第一諧振電路Zp、高頻變壓器Tr、第二諧振電路Zs和輸出側(cè)全橋電路。輸入側(cè)全橋電路和輸出側(cè)全橋電路分別用于整流或逆變，具有相同的結(jié)構(gòu)。第一諧振電路Zp和第二諧振電路Zs用于軟開(kāi)關(guān)控制。高頻變壓器Tr，用于隔離和變壓。第一全橋雙向DC/DC變換電路的輸入側(cè)全橋電路與第二全橋雙向DC/DC變換電路的輸入側(cè)全橋電路串聯(lián)后跟輸入網(wǎng)側(cè)相連，第一全橋雙向DC/DC變換電路的輸入側(cè)全橋電路與第一全橋雙向DC/DC變換電路的第一諧振電路Zp的輸入端相連,第二全橋雙向DC/DC變換電路的輸入側(cè)全橋電路與第二全橋雙向DC/DC變換電路的第一諧振電路Zp的輸入端相連，第一全橋雙向DC/DC變換電路的第一諧振電路Zp的輸出端與第一全橋雙向DC/DC變換電路的高頻變壓器的輸入端相連，第二全橋雙向DC/DC變換電路的第一諧振電路Zp的輸出端與第二全橋雙向DC/DC變換電路的高頻變壓器的輸入端相連，第一全橋雙向DC/DC變換電路的高頻變壓器的輸出端與第一全橋雙向DC/DC變換電路的第二諧振電路Zs相連，第二全橋雙向DC/DC變換電路的高頻變壓器的輸出端與第二全橋雙向DC/DC變換電 路的第二諧振電路Zs相連，第一全橋雙向DC/DC變換電路的第二諧振電路Zs的輸出端與第一全橋DC/DC變換電路的輸出側(cè)全橋電路的輸入端相連，第二全橋雙向DC/DC變換電路的第二諧振電路Zs的輸出端與第二全橋雙向DC/DC變換電路的輸出側(cè)全橋電路的輸入端相連，第一全橋雙向DC/DC變換電路的輸出側(cè)全橋電路的輸出端與第二全橋雙向DC/DC變換電路的輸出側(cè)全橋電路的輸出端串聯(lián)后與輸出網(wǎng)側(cè)相連。在本實(shí)施例串聯(lián)輸入串聯(lián)輸出全橋高頻隔離雙向DC/DC變換器的實(shí)施例中，參照?qǐng)D2，上述全橋電路，即輸入偵彳全橋電路和輸出偵彳全橋電路，分別包括分壓電路、第一橋臂和
第二橋臂。輸入側(cè)全橋電路的分壓電路包括2個(gè)電容量相等的分壓電容C11和C12。2個(gè)分壓電容C11和C12串聯(lián)后分別并聯(lián)在直流網(wǎng)側(cè)的正、負(fù)端，分壓電容C11和C12的電壓在穩(wěn)態(tài)工作時(shí)為直流網(wǎng)側(cè)電壓的一半。輸入側(cè)全橋電路的第一橋臂包括正向串聯(lián)的第一開(kāi)關(guān)管S1*S9和第二開(kāi)關(guān)管S2或Sltl，輸入側(cè)全橋電路的第二橋臂包括正向串聯(lián)的第三開(kāi)關(guān)管S3或S11和第四開(kāi)關(guān)管S4或s12。輸入側(cè)全橋電路的第一橋臂中和第二橋臂中兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的串連結(jié)點(diǎn)分別與諧振電路Zp相連，各開(kāi)關(guān)管各自并聯(lián)有一個(gè)體二極管和一個(gè)寄生電容。輸出側(cè)全橋電路的分壓電路包括另2個(gè)電容量相等的分壓電容C21和C22。另2個(gè)分壓電容或C21和C22串聯(lián)后分別并聯(lián)在直流網(wǎng)側(cè)的正、負(fù)端，另2個(gè)分壓電容C21和C22的電壓在穩(wěn)態(tài)工作時(shí)為直流網(wǎng)側(cè)電壓的一半。輸出側(cè)全橋電路的第一橋臂包括正向串聯(lián)的第五開(kāi)關(guān)管S5或S13和第六開(kāi)關(guān)管S6或S14,輸出側(cè)全橋電路的第二橋臂包括正向串聯(lián)的第七開(kāi)關(guān)管S7或S15和第八開(kāi)關(guān)管S8或s16。輸出側(cè)全橋電路的第一橋臂中和第二橋臂中兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的串連結(jié)點(diǎn)分別與諧振電路Zs相連，各開(kāi)關(guān)管各自并聯(lián)有一個(gè)體二極管和一個(gè)寄生電容。在本實(shí)施例串聯(lián)輸入串聯(lián)輸出全橋高頻隔離雙向DC/DC變換器的實(shí)施例中，參照?qǐng)D3a，第一諧振電路Zp和第二諧振電路Zs分別為由電感和電容組成的串并聯(lián)電路，包括相互串聯(lián)的第一諧振電感L11和第一諧振電容C111，其串聯(lián)結(jié)點(diǎn)為輸出端。參照?qǐng)D3b，第一諧振電路Zp和第二諧振電路Zs分別為由電感和電容組成的串并聯(lián)電路，包括相互串聯(lián)的第二諧振電感L21和第二諧振電容C211，第二諧振電容C211的另一端為輸出端。參照?qǐng)D3c，第一諧振 電路Zp和第二諧振電路Zs分別為由電感和電容組成的串并聯(lián)電路，包括相互串聯(lián)的第三諧振電感L31、第三諧振電容C31和第四諧振電感L32，第三諧振電容C31與第四諧振電感L32的串聯(lián)結(jié)點(diǎn)為輸出端。參照?qǐng)D3d，第一諧振電路Zp和第二諧振電路Zs分別為由電感和電容組成的串并聯(lián)電路，包括相互串聯(lián)的第五諧振電感L41、第四諧振電容C41和第五諧振電容C42，第四諧振電容C41與第五諧振電容C42的串聯(lián)結(jié)點(diǎn)為輸出端。參照?qǐng)D3e，第一諧振電路Zp和第二諧振電路Zs分別為由電感和電容組成的串并聯(lián)電路，包括相互串聯(lián)的第六諧振電感L51、第六諧振電容C51、第七諧振電感L52和第七諧振電容C52，第六諧振電容C51與第七諧振電感L52的串聯(lián)結(jié)點(diǎn)為輸出端。在本實(shí)施例輸入串聯(lián)輸出串聯(lián)全橋高頻隔離雙向DC/DC變換器中，第一全橋雙向DC/DC變換電路的輸入側(cè)全橋電路內(nèi)具有第一移相角0 i，第一全橋雙向DC/DC變換電路的輸出側(cè)全橋電路內(nèi)具有第二移相角Q 2，第二全橋雙向DC/DC變換電路的輸入側(cè)全橋電路內(nèi)具有第三移相角9 3，第二全橋雙向DC/DC變換電路的輸出側(cè)全橋電路內(nèi)具有第四移相角9 4，第一全橋雙向DC/DC變換電路的輸入側(cè)全橋電路與第一全橋雙向DC/DC變換電路的輸出側(cè)全橋電路之間具有第五移相角9 5，第二全橋雙向DC/DC變換電路的輸入側(cè)全橋電路與第二全橋雙向DC/DC變換電路的輸出側(cè)全橋電路之間具有第六移相角06，第一全橋雙向DC/DC變換電路與第二全橋雙向DC/DC變換電路之間具有第七移相角0 7，移相控制電路輸出提供七個(gè)移相角的控制信號(hào)。當(dāng)能量從所述輸入網(wǎng)側(cè)流向所述輸出網(wǎng)側(cè)時(shí)，第一全橋雙向DC/DC變換電路的輸入側(cè)全橋電路和第二全橋雙向DC/DC變換電路的輸入側(cè)全橋電路處于逆變狀態(tài)，第一全橋雙向DC/DC變換電路的輸出側(cè)全橋電路和第二全橋雙向DC/DC變換電路的輸出側(cè)全橋電路處于整流狀態(tài)；當(dāng)能量從所述輸出側(cè)流向所述輸入側(cè)時(shí)，第一全橋雙向DC/DC變換電路的輸入側(cè)全橋電路和第二全橋雙向DC/DC變換電路的輸入側(cè)全橋電路處于整流狀態(tài)，第一全橋雙向DC/DC變換電路的輸出側(cè)全橋電路和第二全橋雙向DC/DC變換電路的輸出側(cè)全橋電路處于逆變狀態(tài)。下面說(shuō)明本實(shí)施例串聯(lián)輸入串聯(lián)輸出全橋高頻隔離雙向DC/DC變換器移相控制的工作原理。本實(shí)施例輸入串聯(lián)輸出串聯(lián)全橋高頻隔離雙向DC/DC變換器有7個(gè)可控的移相角，為了簡(jiǎn)化控制同時(shí)使系統(tǒng)更容易穩(wěn)定，在控制時(shí)，使每個(gè)全橋電路內(nèi)的移相角相等，即移相角0^0^03=04，，使每個(gè)全橋雙向DC/DC變換電路輸入側(cè)全橋電路與輸出側(cè)全橋電路間的移相角相同，即移相角9 5= 0 6，使兩個(gè)全橋雙向DC/DC變換電路間的移相角為0，即移相角Q7=Oo本實(shí)施例輸入串聯(lián)輸出串聯(lián)全橋高頻隔離雙向DC/DC變換器的工作模式分為兩種，一種是能量由輸入側(cè)流向輸出側(cè)，兩個(gè)全橋雙向DC/DC變換電路的輸入側(cè)全橋電路工作在逆變狀態(tài)，輸出側(cè)全橋電路工作在整流狀態(tài)，第一全橋雙向DC/DC變換電路的輸入側(cè)全橋電路與第一全橋雙向DC/DC變換電路的輸出側(cè)全橋電路之間具有第五移相角0 5和第二全橋雙向DC/DC變換電路的輸入側(cè)全橋電路與第二全橋雙向DC/DC變換電路的輸出側(cè)全橋電路之間具有第六移相角e6都為正；另一種工作模式是能量由輸出側(cè)流向輸入側(cè)，兩個(gè)全橋雙向DC/DC變換電路的輸入側(cè)全橋電路工作在整流狀態(tài)，輸出側(cè)全橋電路工作在逆變狀態(tài)，第一全橋雙向DC/DC變換電路的輸入側(cè)全橋電路與第一全橋雙向DC/DC變換電路的輸出側(cè)全橋電路之間具有第五移相角Q 5和第二全橋雙向DC/DC變換電路的輸入側(cè)全橋電路與第二全橋雙向DC/DC變換電路的輸出側(cè)全橋電路之間具有第六移相角06都為負(fù)。每個(gè)全橋電路的第一橋臂始終超前于第二橋臂，即移相角0^02=03=04，始終為正。在能量雙向流動(dòng)時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)移相角02> 03> 04和05、Q6的大小，可以控制輸出能量的多少。參照?qǐng)D4a，給出了在移相角0 5= 0 6>0時(shí)的工作波形，此時(shí)能量從輸入側(cè)流向輸出側(cè)。參照?qǐng)D4b，給出了在移相角0 5= 0 6〈0時(shí)的工作波形，此時(shí)能量從輸出側(cè)流向輸入側(cè)。
本實(shí)施例輸入串聯(lián)輸出串聯(lián)全橋高頻隔離雙向DC/DC變換器的移相控制在不同的輸入/輸出電壓和負(fù)載變化的情況下，通過(guò)調(diào)節(jié)各個(gè)移相角，能夠使系統(tǒng)傳輸最大功率，拓寬開(kāi)關(guān)管的軟開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)的范圍，減小的器件的電壓和電流應(yīng)力及損耗，減小高頻變壓器的體積和相對(duì)的損耗，減少無(wú)功環(huán)流，提聞系統(tǒng)的效率。上面所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)方案前提下，本領(lǐng)域中普通工程技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變型和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍，本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)內(nèi)容，已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書(shū)中。
權(quán)利要求
1.一種串聯(lián)輸入串聯(lián)輸出全橋高頻隔離雙向DC/DC變換器，包括主回路及其移相控制電路，其特征在于所述主回路包括第一全橋雙向DC/DC變換電路和第二全橋雙向DC/DC變換電路，兩個(gè)全橋雙向DC/DC變換電路的輸入端串聯(lián)連接，兩個(gè)全橋雙向DC/DC變換電路的輸出端串聯(lián)連接，兩個(gè)全橋雙向DC/DC變換電路結(jié)構(gòu)相同，分別包括 輸入側(cè)全橋電路和輸出側(cè)全橋電路，分別用于整流或逆變，具有相同的結(jié)構(gòu)； 第一諧振電路(Zp)和第二諧振電路(Zs)，分別用于軟開(kāi)關(guān)控制； 高頻變壓器(Tr)，用于隔離和變壓； 其中，所述第一全橋雙向DC/DC變換電路的輸入側(cè)全橋電路與所述第二全橋雙向DC/DC變換電路的輸入側(cè)全橋電路串聯(lián)后與輸入網(wǎng)側(cè)相連，所述第一全橋雙向DC/DC變換電路的輸入側(cè)全橋電路的輸出端與所述第一全橋雙向DC/DC變換電路的所述第一諧振電路(Zp)的輸入端相連，所述第二全橋雙向DC/DC變換電路的輸入側(cè)全橋電路的輸出端與所述第二全橋雙向DC/DC變換電路的第一諧振電路(Zp)的輸入端相連，所述第一全橋雙向DC/DC變換電路的所述第一諧振電路(Zp)的輸出端與所述第一全橋雙向DC/DC變換電路的所述高頻變壓器(Tr)初級(jí)側(cè)相連，所述第二全橋雙向DC/DC變換電路的第一諧振電路(Zp)的輸出端與所述第二全橋雙向DC/DC變換電路的所述高頻變壓器(Tr)初級(jí)側(cè)相連，所述第一全橋雙向DC/DC變換電路的高頻變壓器(Tr)的次級(jí)側(cè)與所述第一全橋雙向DC/DC變換電路的第二諧振電路(Zs)的輸入端相連，所述第二全橋雙向DC/DC變換電路的高頻變壓器(Tr)的次級(jí)側(cè)與所述第二全橋雙向DC/DC變換電路的第二諧振電路(Zs)的輸入端相連，所述第一全橋雙向DC/DC變換電路的第二諧振電路(Zs)的輸出端與所述第一全橋DC/DC變換電路的輸出側(cè)全橋電路的輸入端相連，所述第二全橋雙向DC/DC變換電路的第二諧振電路(Zs)的輸出端與所述第二全橋雙向DC/DC變換電路的輸出側(cè)全橋電路的輸入端相連,所述第一全橋雙向DC/DC變換電路的輸出側(cè)全橋電路的輸出端與所述第二全橋雙向DC/DC變換電路的輸出偵彳全橋電路的輸出端串聯(lián)后與輸出網(wǎng)側(cè)相連； 所述第一全橋雙向DC/DC變換電路的輸入側(cè)全橋電路內(nèi)具有第一移相角(0 I),所述第一全橋雙向DC/DC變換電路的輸出側(cè)全橋電路內(nèi)具有第二移相角(0 2),所述第二全橋雙向DC/DC變換電路的輸入側(cè)全橋電路內(nèi)具有第三移相角(0 3)，所述第二全橋雙向DC/DC變換電路的輸出側(cè)全橋電路內(nèi)具有第四移相角(9 4)，所述第一全橋雙向DC/DC變換電路的輸入側(cè)全橋電路與所述第一全橋雙向DC/DC變換電路的輸出側(cè)全橋電路之間具有第五移相角(9 5)，所述第二全橋雙向DC/DC變換電路的輸入側(cè)全橋電路與所述第二全橋雙向DC/DC變換電路的輸出側(cè)全橋電路之間具有第六移相角(0 6)，所述第一全橋雙向DC/DC變換電路與所述第二全橋雙向DC/DC變換電路之間具有第七移相角(0 7)，所述移相控制電路輸出提供七個(gè)移相角的控制信號(hào)； 當(dāng)能量從所述輸入網(wǎng)側(cè)流向所述輸出網(wǎng)側(cè)時(shí)，所述第一全橋雙向DC/DC變換電路的輸入側(cè)全橋電路和所述第二全橋雙向DC/DC變換電路的輸入側(cè)全橋電路處于逆變狀態(tài)，所述第一全橋雙向DC/DC變換電路的輸出側(cè)全橋電路和所述第二全橋雙向DC/DC變換電路的輸出側(cè)全橋電路處于整流狀態(tài)；當(dāng)能量從所述輸出側(cè)流向所述輸入側(cè)時(shí)，所述第一全橋雙向DC/DC變換電路的輸入側(cè)全橋電路和所述第二全橋雙向DC/DC變換電路的輸入側(cè)全橋電路處于整流狀態(tài)，所述第一全橋雙向DC/DC變換電路的輸出側(cè)全橋電路和所述第二全橋雙向DC/DC變換電路的輸出側(cè)全橋電路處于逆變狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的串聯(lián)輸入串聯(lián)輸出全橋高頻隔離雙向DC/DC變換器，其特征在于其中所述全橋電路包括分壓電路、第一橋臂和第二橋臂，其中 輸入側(cè)全橋電路的分壓電路包括2個(gè)電容量相等的分壓電容(C11和C12), 2個(gè)分壓電容(C11和C12)串聯(lián)后分別并聯(lián)在直流網(wǎng)側(cè)的正、負(fù)端，輸入側(cè)全橋電路的第一橋臂包括正向串聯(lián)的第一開(kāi)關(guān)管(S1或S9)和第二開(kāi)關(guān)管(S2或Sltl),輸入側(cè)全橋電路的第二橋臂包括正向串聯(lián)的第三開(kāi)關(guān)管(S3或S11)和第四開(kāi)關(guān)管(S4或S12),輸入側(cè)全橋電路的第一橋臂中和第二橋臂中兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的串連結(jié)點(diǎn)分別與所述諧振電路(Zp)相連，各開(kāi)關(guān)管各自并聯(lián)有一個(gè)體二極管和一個(gè)寄生電容； 輸出側(cè)全橋電路的分壓電路包括另2個(gè)電容量相等的分壓電容(C21和C22),另2個(gè)分壓電容或(C21和C22)串聯(lián)后分別并聯(lián)在直流網(wǎng)側(cè)的正、負(fù)端，輸出側(cè)全橋電路的第一橋臂包括正向串聯(lián)的第五開(kāi)關(guān)管(S5或S13)和第六開(kāi)關(guān)管(S6或S14),輸出側(cè)全橋電路的第二橋臂包括正向串聯(lián)的第七開(kāi)關(guān)管(S7或S15)和第八開(kāi)關(guān)管(S8或S16),輸出側(cè)全橋電路的第一橋臂中和第二橋臂中兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的串連結(jié)點(diǎn)分別與諧振電路(Zs)相連，各開(kāi)關(guān)管各自并聯(lián)有一個(gè)體二極管和一個(gè)寄生電容。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的串聯(lián)輸入串聯(lián)輸出全橋高頻隔離雙向DC/DC變換器，其特征在于其中2個(gè)所述分壓電容(C11和C12)的電壓和另2個(gè)分壓電容(C21和C22)的電壓在穩(wěn)
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的串聯(lián)輸入串聯(lián)輸出全橋高頻隔離雙向DC/DC變換器，其特征在于其中所述第一諧振電路(Zp)和第二諧振電路(Zs)分別為由電感和電容組成的串并聯(lián)電路，包括相互串聯(lián)的第一諧振電感(L11)和第一諧振電容(C111),其串聯(lián)結(jié)點(diǎn)為輸出端。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的串聯(lián)輸入串聯(lián)輸出全橋高頻隔離雙向DC/DC變換器，其特征在于其中所述第一諧振電路(Zp)和第二諧振電路(Zs)分別為由電感和電容組成的串并聯(lián)電路，包括相互串聯(lián)的第二諧振電感(L21)和第二諧振電容(C211),所述第一諧振電容(C211)的另一端為輸出端。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的串聯(lián)輸入串聯(lián)輸出全橋高頻隔離雙向DC/DC變換器，其特征在于其中所述第一諧振電路(Zp)和第二諧振電路(Zs)分別為由電感和電容組成的串并聯(lián)電路，包括相互串聯(lián)的第三諧振電感(L31)、第三諧振電容(C31)和第四諧振電感(L32),所述第三諧振電容(C31)與所述第四諧振電感(L32)的串聯(lián)結(jié)點(diǎn)為輸出端。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的串聯(lián)輸入串聯(lián)輸出全橋高頻隔離雙向DC/DC變換器，其特征在于其中所述第一諧振電路(Zp)和第二諧振電路(Zs)分別為由電感和電容組成的串并聯(lián)電路，包括相互串聯(lián)的第五諧振電感(L41)、第四諧振電容(C41)和第五諧振電容(C42),所述第四諧振電容(C41)與所述第五諧振電容(C42)的串聯(lián)結(jié)點(diǎn)為輸出端。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的串聯(lián)輸入串聯(lián)輸出全橋高頻隔離雙向DC/DC變換器，其特征在于其中所述第一諧振電路(Zp)和第二諧振電路(Zs)分別為由電感和電容組成的串并聯(lián)電路，包括相互串聯(lián)的第六諧振電感(L51)、第六諧振電容(C51)、第七諧振電感(L52)和第七諧振電容(C52)，所述第六諧振電容(C51)與所述第七諧振電感(L52)的串聯(lián)結(jié)點(diǎn)為輸出端。
全文摘要
本發(fā)明輸入串聯(lián)輸出串聯(lián)全橋高頻隔離雙向DC/DC變換器，主電路包括兩個(gè)擁有相同結(jié)構(gòu)的輸入端相互串聯(lián)輸出端相互串聯(lián)的全橋雙向DC/DC變換電路，每個(gè)全橋雙向DC/DC變換電路包括輸入側(cè)全橋電路和輸出側(cè)全橋電路，兩者之間通過(guò)諧振電路和高頻變壓器連接。其中全橋電路用于整流和逆變，諧振電路用于軟開(kāi)關(guān)控制，高頻變壓器用于隔離和變壓。本發(fā)明輸入串聯(lián)輸出串聯(lián)全橋高頻隔離雙向DC/DC變換器通過(guò)將兩組全橋電路進(jìn)行串聯(lián)實(shí)現(xiàn)了高輸入輸出電壓條件下降低開(kāi)關(guān)管電壓應(yīng)力、增大了輸入和輸出電壓適用范圍，可以把低耐壓的開(kāi)關(guān)管應(yīng)用到高電壓場(chǎng)合降低了整機(jī)成本，采用諧振技術(shù)和移相技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)管的軟開(kāi)關(guān)，提高了變換器的效率。
文檔編號(hào)H02M3/28GK102723870SQ20121021252
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月21日
發(fā)明者盧其威, 王俊, 王聰, 程紅, 荊鵬輝, 趙曉宇, 鄒甲 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)