一种LCCCL谐振软开关双向直流变换器

技术领域

本发明涉及一种直流变换器，具体涉及一种LCCCL谐振软开关双向直流变换器。

背景技术

可再生能源的间歇性使得其并网和提高可靠性极具有挑战性，导致电能供应和负荷之间可能出现严重的动态不匹配。然而，通过将电动汽车的电池整合起来统一调度能有效地解决这一不匹配问题，实现“削峰填谷”。其中，作为动力电池和电网之间的双向能量交互的重要一环，双向DC-DC变换器扮演着不可或缺的角色。

有关研究虽然早已广泛展开，但是同时实现双向宽增益和高效率仍是一个不小的挑战。出于对电池应用的安全考虑，削峰填谷所采用的变换器多为隔离型双向DC-DC。例如，应用在中大功率场合的双有源桥DAB，在电压等级匹配时，其可实现原副边全部开关管的ZVS。但是DAB不能实现开关管的ZCS，并且在轻载和电压等级不匹配时会丢失ZVS，严重影响变换器效率提升。LLC变换器可以在较宽的增益范围和负载工况下实现逆变侧开关管的ZVS和整流侧开关管的ZCS，但反向模式运行的LLC本质上仍为串联谐振结构，无法实现大于1的电压增益。由LLC衍生得到的对称CLLC谐振变换器双向运行时可以在较宽的增益范围内实现逆变侧开关管的ZVS和整流侧开关管的ZCS，但是在轻载工况下，降压能力有限。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种LCCCL谐振软开关双向直流变换器，该变换器在轻载工况下的增益范围较宽，且能够实现双向能量流动。

为达到上述目的，本发明所述的LCCCL谐振软开关双向直流变换器包括原边侧全桥电路、LCCCL谐振腔以及副边侧全桥电路，其中，原边侧全桥电路经LCCCL谐振腔与副边侧全桥电路相连接。

所述原边侧全桥电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四电开关以及分别与第一开关管、第二开关管、第三开关管及第四电开关相连接的输出电容及反并联二极管。

所述副边侧全桥电路包括第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管以及分别与第五开关管、第六开关管、第七开关管及第八开关管相连接的输出电容及反并联二极管。

所述LCCCL谐振腔包括原边谐振电感、原边谐振电容、并联谐振电容、变压器、副边谐振电感及副边谐振电容，其中，变压器中原边绕组的一端经原边谐振电感与原边侧全桥电路相连接，变压器中原边绕组的另一端经原边谐振电容与原边侧全桥电路相连接，并联谐振电容并联于变压器中的原边绕组上；变压器中副边绕组的一端经副边谐振电感与副边侧全桥电路相连接，变压器中副边绕组的另一端经副边谐振电容与副边侧全桥电路相连接。

LCCCL谐振腔的参数满足如下约束：

L

变换器正向运行时，原边侧全桥电路通过调节第一开关管、第二开关管、第三开关管及第四电开关的运行频率，在类谐振频率f

变换器反向运行时，副边侧全桥电路通过调节第五开关管、第六开关管、第七开关管及第八开关管的运行频率，在类谐振频率f

所述类谐振频率f

其中，n为变压器的变比，k为并联谐振电容与原边谐振电容之比，h为LCCCL谐振腔的对称系数。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的LCCCL谐振软开关双向直流变换器在具体操作时，基于LCCCL谐振腔构建而成，LCCCL谐振变换器在双向运行时，均可实现逆变侧开关管的ZVS和整流侧开关管的ZCS，在轻载甚至空载工况下，相比传统CLLC变换器，LCCCL谐振变换器具有更强的降压能力，增益范围较宽；对比传统LLC/CLLC变换器的并联励磁电感，LCCCL谐振变换器的并联谐振电容更容易精确实现且具有更高的稳定性，另外，LCCCL谐振腔可以在较窄的频率范围内实现较宽的调压范围，有利于降低损耗。

附图说明

图1为本发明的拓扑结构图；

图2为LCCCL谐振变换器正向运行f

图3a为LCCCL谐振变换器正向运行f

图3b为LCCCL谐振变换器正向运行f

图3c为LCCCL谐振变换器正向运行f

图3d为LCCCL谐振变换器正向运行f

图3e为LCCCL谐振变换器正向运行f

图4为LCCCL谐振变换器正向运行f

图5为LCCCL谐振变换器正向运行f

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

参考图1，本发明所述的LCCCL谐振软开关双向直流变换器包括原边侧全桥电路、LCCCL谐振腔以及副边侧全桥电路，其中，原边侧全桥电路经LCCCL谐振腔与副边侧全桥电路相连接，其中，所述原边侧全桥电路包括第一开关管S

所述副边侧全桥电路包括第五开关管S

所述LCCCL谐振腔包括原边谐振电感L

所述变换器正反向运行时，均可实现逆变侧开关管的零电压开通及整流侧开关管的零电流关断。

为严格保证谐振腔原副边对称，对于LCCCL谐振腔的参数满足如下约束：

L

所述变换器正向运行时，原边侧全桥电路通过调节第一开关管S

其中，n为变压器T的变比，k为并联谐振电容C

所述LCCCL谐振变换器的正向运行工况及反向运行工况相似，以下仅以正向运行工况为例进行说明。

图2为LCCCL谐振变换器正向运行f

正向运行f

如图2所示，此时能量由原边侧向副边侧传递且开关频率f

开关模态1:[t

在死区时间内，原边侧开关管的寄生电容被谐振电流i

开关模态2:[t

由于第一开关管S

开关模态3:[t

并联谐振电流i

开关模态4:[t

在t

开关模态5:[t

在t

以上所述仅是本发明的优选实施方式，但本发明不局限于以上所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的解释，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明原理的前提下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。