本發(fā)明涉及直流變換器領(lǐng)域，可應(yīng)用于大功率降壓場合。

背景技術(shù)：
隨著城市規(guī)模的迅速增長和信息技術(shù)的高速發(fā)展，電網(wǎng)中的敏感負(fù)荷、重要負(fù)荷及非線性負(fù)荷越來越多，交流配電網(wǎng)將面臨線路損耗大、供電走廊緊張，以及電壓瞬時跌落、電壓波動、電網(wǎng)諧波、三相不平衡現(xiàn)象加劇等一系列電能質(zhì)量問題，迫切需要改變現(xiàn)有的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和配(供)電方式?；谥绷鞯呐潆娋W(wǎng)在輸送容量、可控性及提高供電質(zhì)量等方面具有比交流更好的性能，可以有效提高電能質(zhì)量、減少電力電子換流器的使用、降低電能損耗和運行成本、協(xié)調(diào)大電網(wǎng)與分布式電源之間的矛盾，充分發(fā)揮分布式能源的價值和效益。損耗是大功率傳輸中一個重要的考慮因素，軟開關(guān)技術(shù)可以在很大程度上降低開關(guān)器件的損耗，提高功率傳輸效率，還能有效防止開關(guān)器件由于發(fā)熱過多而損壞。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
發(fā)明目的：本發(fā)明提出了一種實現(xiàn)直流配電網(wǎng)中大功率變換器的降壓技術(shù)的諧振電路。技術(shù)方案：本發(fā)明具體采用如下技術(shù)方案加以實現(xiàn)：一種LC并聯(lián)諧振降壓直/直變換器，所述變換器連接直流輸入電源和負(fù)載，包括第一開關(guān)管Q1、第二開關(guān)管Q2、第三開關(guān)管Q3、第四開關(guān)管Q4，諧振單元、第一整流二極管DR1、第二整流二極管DR2、第三整流二極管DR3、第四整流二極管DR4、副邊開關(guān)管Q8及濾波電容C0，四個開關(guān)管串聯(lián)構(gòu)成橋臂，四個整流二極管串聯(lián)構(gòu)成整流橋，諧振單元連接橋臂與整流橋。所述諧振單元由電感Lr和一個電容Cr并聯(lián)組成。所述第一開關(guān)管Q1和第三開關(guān)管Q3的串聯(lián)支路與所述第二開關(guān)管Q2和第四開關(guān)管Q4的串聯(lián)支路相互并聯(lián)之后連接直流輸入電源。所述第一整流二極管DR1和第三整流二極管DR3的串聯(lián)支路與所述第二整流二極管DR2和第四整流二極管DR4的串聯(lián)支路相互并聯(lián)之后連接副邊開關(guān)管和輸出濾波電容C0。所述諧振單元的第一端連接第一開關(guān)管Q1和第三開關(guān)管Q3的相接端及第一整流二極管DR1和第三整流二極管DR3的相接端；諧振單元的第二端連接第二開關(guān)管Q2和第四開關(guān)管Q4的相接端及第二整流二極管DR2和第四整流二極管DR4的相接端。根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的LC并聯(lián)諧振降壓直/直變換器，其特征在于：所述副邊開關(guān)管的一端接在第一整流二極管DR1和第二整流二極管DR2的相接端，副邊開關(guān)管的另一端連接濾波電容C0。所述濾波電容C0的一端連接副邊開關(guān)管，另一端連接第三整流二極管DR3和第四整流二極管DR4的相接端。一種LC并聯(lián)諧振降壓直/直變換器的控制方法，包括以下步驟：1)將第一開關(guān)管和第四開關(guān)管導(dǎo)通，vCr＝-Vin，vCr表示諧振單元中的電容的電壓，Vin表示輸入直流電源的電壓，第一開關(guān)管和第四開關(guān)管零電壓導(dǎo)通，輸入端電流回路由直流輸入電源，第一開關(guān)管，電感，第四開關(guān)管構(gòu)成，電感上的電壓等于負(fù)的輸入電壓，電感電流由正的I0線性減小到零然后再反向增加到I1，最終I1大于I0，輸出電流由濾波電容C0提供；2)將第一開關(guān)管和第四開關(guān)管同時關(guān)斷，此后電感與電容發(fā)生并聯(lián)諧振，直到副邊開關(guān)管導(dǎo)通，此時vCr＝Vo，其中Vo表示輸出電壓，在這個過程中輸入端和輸出端沒有能量傳輸，輸出電流依然由濾波電容C0提供。能量在電感和電容之間進行傳遞，但電感和電容上的總能量是不變的；3)當(dāng)vCr＝Vo，此后第二整流二極管和第三整流二極管導(dǎo)通，電感中的電流流過第二整流管和第三整流管給濾波電容充電，并提供負(fù)載電流。在這段時間內(nèi)，vCr保持不變，電感上電流線性減少，輸入的能量在這段時間里傳給負(fù)載，這個過程一直持續(xù)到副邊開關(guān)管關(guān)斷；4)當(dāng)iLr＝I3，vCr＝Vo，其中iLr表示諧振電感的電流，I3表示諧振電感在t3時刻的電流，此后第二整流二極管和第三整流二極管關(guān)斷，此后電感Lr和電容Cr發(fā)生并聯(lián)諧振，直到vCr＝Vin，這段時間內(nèi)，電感和電容上能量和是不變的；5)將第二開關(guān)管和第三開關(guān)管導(dǎo)通，vCr＝Vin，vCr表示諧振單元中的電容的電壓，Vin表示輸入直流電源的電壓，第二開關(guān)管和第三開關(guān)管零電壓導(dǎo)通，輸入端電流回路由直流輸入電源，第二開關(guān)管，電感，第三開關(guān)管構(gòu)成，電感上的電壓等于輸入電壓，電感電流由負(fù)的I4線性減小到零然后再反向增加到I5，最終I5大于I4，輸出電流由濾波電容C0提供；6)將第二開關(guān)管和第三開關(guān)管同時關(guān)斷，電感與電容發(fā)生并聯(lián)諧振，直到副邊開關(guān)管導(dǎo)通，此時vCr＝-Vo，其中Vo表示輸出電壓，在這個過程中輸入端和輸出端沒有能量傳輸，輸出電流依然由濾波電容C0提供，能量在電感和電容之間進行傳遞，電感和電容上的總能量不變；7)當(dāng)vCr＝-Vo，第一整流二極管和第四整流二極管導(dǎo)通，電感中的電流流過第一整流管和第四整流管給濾波電容充電，并提供負(fù)載電流。在這段時間內(nèi)，vCr保持不變，電感上電流線性減少，這個過程一直持續(xù)到副邊開關(guān)管關(guān)斷；8)當(dāng)iLr＝I7，vCr＝-Vo，其中iLr表示諧振電感的電流，I7表示諧振電感在t7時刻的電流，此后第一整流二極管和第四整流二極管關(guān)斷，電感Lr和電容Cr發(fā)生并聯(lián)諧振，直到vCr＝-Vin，這段時間內(nèi)，電感和電容上能量和不變。有益效果：本發(fā)明的LC并聯(lián)諧振降壓直/直變換器在實現(xiàn)降壓功能的同時，使每個開關(guān)管都實現(xiàn)了軟開關(guān)，有效減小了損耗，具有很高的效率，適合于大功率傳輸。附圖說明圖1為所舉實例的LC諧振變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；圖2為圖1所示電路相關(guān)元件工作波形示意圖；圖3為圖1所示電路第一階段工作模態(tài)示意圖；圖4為圖1所示電路第二階段，第四階段，第六階段，第八階段工作模態(tài)示意圖；圖5為圖1所示電路第三階段工作模態(tài)示意圖；圖6為圖1所示電路第五階段工作模態(tài)示意圖；圖7為圖1所示電路第七階段工作模態(tài)示意圖；圖8為圖1所示電路仿真波形圖。具體實施方式下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明進行進一步詳述：本發(fā)明涉及一種LC并聯(lián)諧振降壓直/直變換器，圖1為本發(fā)明的一個實例電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。本發(fā)明的LC并聯(lián)諧振降壓直/直變換器連接直流輸入電源Vin和負(fù)載R，第一至第四開關(guān)管Q1～Q4，諧振單元，第一至第四整流二極管DR1～DR4，副邊開關(guān)管Qs，濾波電容Co，其特征在于諧振單元連接四個開關(guān)管構(gòu)成的橋臂與四個整流二極管構(gòu)成的整流橋。諧振單元由一個電感Lr和一個電容Cr并聯(lián)組成。第一開關(guān)管Q1和第三開關(guān)管Q3的串聯(lián)支路與所述第二開關(guān)管Q2和第四開關(guān)管Q4的串聯(lián)支路相互并聯(lián)之后連接直流輸入電源。第一整流二極管DR1和第三整流二極管DR3的串聯(lián)支路與所述第二整流二極管DR2和第四整流二極管DR4的串聯(lián)支路相互并聯(lián)之后連接副邊開關(guān)管和輸出濾波電容Co。諧振單元的第一端連在所述第一開關(guān)管Q1和第三開關(guān)管Q3的相接端同時連在所述第一整流二極管DR1和第三整流二極管DR3的相接端；所述諧振單元的第二端連在所述第二開關(guān)管Q2和第四開關(guān)管Q4的相接端同時連在所述第二整流二極管DR2和第四整流二極管DR4的相接端。副邊開關(guān)管Qs的一端接在所述第一整流二極管DR1和第二整流二極管DR2相接端；所述副邊開關(guān)管Qs的另一端接在所述濾波電容Co的一端。直流輸入電源Vin負(fù)極接在所述第三開關(guān)管Q3和第四開關(guān)管Q4相接端；直流輸入電源Vin正極接在所述第一開關(guān)管Q1和第二開關(guān)管Q2相接端。濾波電容Co第一端接在所述副邊開關(guān)管Qs的一端，濾波電容Co第二端接在所述第三整流二極管DR3和第四整流二極管DR4相接端。下面對本發(fā)明LC并聯(lián)諧振降壓直/直變換器控制方法進行詳細(xì)說明。如圖2、圖3所示，第一階段：t0<t<t1在t0時刻，第一開關(guān)管Q1和第四開關(guān)管Q4導(dǎo)通，vCr＝-Vin，vCr表示諧振單元中的電容的電壓，Vin表示輸入直流電源的電壓，由于導(dǎo)通時第一開關(guān)管Q1和第四開關(guān)管Q4上是沒有電壓的，所以實現(xiàn)了第一開關(guān)管Q1和第四開關(guān)管Q4的零電壓導(dǎo)通。輸入端電流回路由直流輸入電源Vin，第一開關(guān)管Q1，電感Lr，第四開關(guān)管Q4構(gòu)成，電感Lr上的電壓等于負(fù)的輸入電壓，電感電流由正的I0線性減小到零然后再反向增加到I1，最終I1大于I0，這個階段是輸入給電感補充能量的過程，電感電流從正向I0開始線性減小到零然后反向增加到I1，輸出電流由濾波電容Co提供。在這段時間里電感Lr上的電流滿足以下關(guān)系式：式中：I1是t1時刻的諧振電感電流，I0是t0時刻的諧振電感電流，Vin是輸入的直流電源，T1是t0到t1的時間長度，Lr是諧振電感值。在這個階段Vin傳遞的能量為：如圖2、圖4所示，第二階段：t1<t<t2在t1時刻，第一開關(guān)管Q1和第四開關(guān)管Q4同時關(guān)斷，此后電感Lr與電容Cr發(fā)生并聯(lián)諧振，直到副邊開關(guān)管Qs導(dǎo)通，此時vCr＝Vo，Vo表示輸出電壓，在這個過程中輸入端和輸出端沒有能量傳輸，輸出電流依然由濾波電容Co提供。能量在電感Lr和電容Cr之間進行傳遞，但電感Lr和電容Cr上的總能量是不變的。在這個階段電感電容的能量滿足如下等式：式中：Cr是諧振電容值，I2是t2時刻的諧振電感中的電流值，Vo是輸出電壓值。由拉式變換解得：式中T2是t1時刻到t2時刻的時間，如圖2、圖5所示，第三階段：t2<t<t3在t2時刻，vCr＝Vo，此后第二整流二極管DR2和第三整流二極管DR3導(dǎo)通，電感Lr中的電流流過DR2，DR3給濾波電容Co充電，并提供負(fù)載電流。在這段時間內(nèi)，vCr保持不變，電感上電流線性減少。輸入的能量就是在這段時間里傳給負(fù)載的，這個過程直到副邊開關(guān)管Qs關(guān)斷才結(jié)束。在這段時間里電感上的電流滿足以下關(guān)系式：式中：I3是t3時刻的諧振電感中的電流值，T3是t2時刻到t3時刻的時間。前半周期輸入電源通過諧振電路傳遞給輸出的能量為：負(fù)載在前半個周期內(nèi)消耗的總能量為：式中：Ts是周期，Io是輸出電流。在前半個周期內(nèi)有：Ein＝Eout＝ER(8)又公式(4)，(5)，(6)，(7)得：如圖2、圖4所示，第四階段：t3<t<t4在t3時刻，iLr＝I3，vCr＝Vo，此后第二整流二極管DR2和第三整流二極管DR3關(guān)斷。此后電感Lr和電容Cr發(fā)生并聯(lián)諧振，直到vCr＝Vin，這段時間內(nèi)，電感Lr和電容Cr上能量和是不變的。式中：I4是t4時刻的諧振電感中的電流。由式(9)，(10)得：由式(2)，(7)，(11)得：由拉式變換解得：式中T4是t3到t4的時間長度，由式(4)，(13)得：由式(10)，(14)得：由式(1)，(12)，(13)得：T1，T2，T3，T4，與Ts有如下關(guān)系：如圖2、圖6所示，第五階段：t4<t<t5在t4時刻，第二開關(guān)管Q2和第三開關(guān)管Q3導(dǎo)通，vCr＝Vin，vCr表示諧振單元中的電容的電壓，Vin表示輸入直流電源的電壓，由于導(dǎo)通時第二開關(guān)管Q2和第三開關(guān)管Q3上是沒有電壓的，所以實現(xiàn)了第二開關(guān)管Q2和第三開關(guān)管Q3的零電壓導(dǎo)通。輸入端電流回路由直流輸入電源Vin，第二開關(guān)管Q2，電感Lr，第三開關(guān)管Q3構(gòu)成，電感Lr上的電壓等于輸入電壓，電感電流由負(fù)的I4線性減小到零然后再反向增加到I5，最終I5大于I4，這個階段是輸入給電感補充能量的過程，電感電流從反向I4開始線性減小到零然后反向增加到I5，輸出電流由濾波電容Co提供。在這段時間里電感Lr上的電流滿足以下關(guān)系式：式中：I5是t5時刻的諧振電感電流，I4是t4時刻的諧振電感電流，Vin是輸入的直流電源，T5是t4到t5的時間長度，Lr是諧振電感值。如圖2、圖4所示，第六階段：t5<t<t6在t5時刻，第二開關(guān)管Q2和第三開關(guān)管Q3同時關(guān)斷，此后電感Lr與電容Cr發(fā)生并聯(lián)諧振，直到副邊開關(guān)管Qs導(dǎo)通，此時vCr＝-Vo，Vo表示輸出電壓，在這個過程中輸入端和輸出端沒有能量傳輸，輸出電流依然由濾波電容Co提供。能量在電感Lr和電容Cr之間進行傳遞，但電感Lr和電容Cr上的總能量是不變的。在這個階段電感電容的能量滿足如下等式：式中：Cr是諧振電容值，I6是t6時刻的諧振電感中的電流值，Vo是輸出電壓值。如圖2、圖7所示，第七階段：t6<t<t7在t6時刻，vCr＝-Vo，此后第一整流二極管DR1和第四整流二極管DR4導(dǎo)通，電感Lr中的電流流過DR1，DR4給濾波電容Co充電，并提供負(fù)載電流。在這段時間內(nèi)，vCr保持不變，電感上電流線性減少。輸入的能量就是在這段時間里傳給負(fù)載的，這個過程直到副邊開關(guān)管Qs關(guān)斷才結(jié)束。在這段時間里電感上的電流滿足以下關(guān)系式：式中：I7是t7時刻的諧振電感中的電流值，T7是t6時刻到t7時刻的時間。如圖2、圖4所示，第八階段：t7<t<t8在t7時刻，iLr＝I7，vCr＝-Vo，此后第一整流二極管DR1和第四整流二極管DR4關(guān)斷。此后電感Lr和電容Cr發(fā)生并聯(lián)諧振，直到vCr＝-Vin，這段時間內(nèi)，電感Lr和電容Cr上能量和是不變的。式中：I8是t8時刻的諧振電感中的電流。圖8給出了基于PLECS仿真軟件的仿真波形圖，具體仿真參數(shù)如下：輸入電壓Vin300V諧振電感Lr0.0036H諧振電容Cr0.23uF周期Ts440uSQ1-Q4的占空比0.1944Qs的周期220uSQs的占空比0.4545負(fù)載電阻10Ω得到輸出電壓19.5V，開關(guān)管Q1-Q4均實現(xiàn)了零電壓導(dǎo)通和近似零電壓關(guān)斷，仿真結(jié)果與理論分析是一致的。本發(fā)明的LC諧振變換器及其控制方法，能實現(xiàn)降壓功能，且每個開關(guān)管都實現(xiàn)了軟開關(guān)，有效減小了損耗，具有很高的效率，適合大功率傳輸。最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。