一种集成DAB和LLC谐振电路的隔离DC-DC变换器

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体为一种集成DAB和LLC谐振电路的隔离型DC-DC变换器。

背景技术

随着分布式能源、储能系统、电动汽车的大量接入，直流配电网受到了广泛的关注。在直流配电网中，DC-DC变换器作为核心控制设备不仅需要连接着不同等级电压母线，而且还需要对直流母线电压进行变换，得到稳定的直流电压为直流负载供电。然而，目前为低压直流负载供电的DC-DC变换器通常需要连接在高压直流电压母线上，然后通过DC-DC变换器进行电压变换，这种方式需要更多的功率开关管，从而增加了变换器的功率损耗降低了效率，同时也增加了成本。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种集成DAB和LLC谐振电路的隔离DC-DC变换器，减少了功率开关管的使用数量，降低了功率损耗，提高了整体的效率，也降低了成本。同时具有高频隔离变压器，能够实现电气隔离功能。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种集成DAB和LLC谐振电路的隔离DC-DC变换器，包括

全桥双有源DC-DC变换器，所述全桥双有源DC-DC变换器包括依次连接的一次侧支撑电容、第一全桥、辅助电感、高频变压器、第二全桥和二次侧支撑电容；

两相并联LLC谐振电路，所述两相并联LLC谐振电路包括第一谐振腔、第二谐振腔、第一全波整流电路、第二全波整流电路和输出支撑电容。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：双有源全桥DC-DC变换器通过控制外相移角的大小，能够实现能量的双传输，通过控制相移角可以实现效率优化控制。并可通过调频控制两相并联LLC谐振变换器。对比传统的方案，本发明减少了功率开关管的使用数量，降低了功率损耗，提高了整体的效率，也降低了成本。同时具有高频隔离变压器，能够实现电气隔离功能。

附图说明

图1是本发明的基于DAB和LLC谐振电路的多端口DC-DC变换器。

图2是本发明的DC-DC变换器正向功率传输和反向功率传输状态的电路工作波形。

图3是本发明的DC-DC变换器处于正向功率传输的工作模态1的电路图。

图4是本发明的DC-DC变换器处于正向功率传输的工作模态2的电路图。

图5是本发明的DC-DC变换器处于正向功率传输的工作模态3的电路图。

图6是本发明的DC-DC变换器处于正向功率传输的工作模态4的电路图。

具体实施方式

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实施例，而不是全部的实施例。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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种集成DAB和LLC谐振电路的隔离DC-DC变换器，包括

全桥双有源DC-DC变换器，全桥双有源DC-DC变换器包括依次连接的一次侧支撑电容、第一全桥、辅助电感、高频变压器、第二全桥和二次侧支撑电容；

两相并联LLC谐振电路，两相并联LLC谐振电路包括第一谐振腔、第二谐振腔、第一全波整流电路、第二全波整流电路和输出支撑电容。全桥双有源DC-DC变换器用于控制一次侧直流母线和二次侧直流母线之间的功率流动；两相并联LLC谐振电路提供直流负载端口。

第一全桥包括

第一桥臂，第一桥臂包括相连的第一功率开关管的漏极与第二功率开关管的源极；

第二桥臂，第二桥臂包括相连的第三功率开关管的漏极与第四功率开关管的源极；

第一桥臂、第二桥臂和一次侧支撑电容并联，且第一功率开关管的源极和第三功率开关管的源极与一次侧支撑电容正极连接，第二功率开关管的漏极和第四开关管的漏极与一次侧支撑电容负极连接，第一功率开关管的漏极与辅助电感连接。

第二全桥包括

第三桥臂，第三桥臂包括相连的第五功率开关管的漏极与第六功率开关管的源极；

第四桥臂，第四桥臂包括相连的第七功率开关管的漏极与第八功率开关管的源极；

第三桥臂、第四桥臂和二次侧支撑电容并联，且第五功率开关管的源极和第七功率开关管的源极与二次侧支撑电容正极连接，第六功率开关管的漏极和第八功率开关管的漏极与二次侧支撑电容负极连接。

第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管、第五功率开关管、第六功率开关管、第七功率开关管和第八功率开关管均为场效应晶体管。

高频变压器原边绕组同名端与辅助电感相连，高频变压器原边绕组异名端与一次侧支撑电容负极连接，高频变压器副边绕组同名端与第五功率开关管的漏极相连，高频变压器副边绕组异名端与二次侧支撑电容负极相连。

第一谐振腔包括串联的第一谐振电感L

第二谐振腔包括串联的第二谐振电感L

第一全波整流电路包括第一中间抽头变压器、第一功率二极管和第二功率二极管；

第一中间抽头变压器原边绕组同名端与第一谐振电感L

第二全波整流电路包括第二中间抽头变压器、第三功率二极管和第四功率二极管；

第二中间抽头变压器原边绕组同名端与第二谐振电感L

第一功率二极管、第二功率二极管、第三功率二极管和第四功率二极管阴极与输出稳压电容阳极相连。

全桥双有源DC-DC变换器采用移相控制，两相并联LLC采用变频和定频控制；

DAB移相控制包括单重移相控制、双重移相控制、扩展移相控制和三重移相控制。

图3为模态1：[t

对于DAB，一次侧功率开关管S1、S4导通，二次侧功率开关管S5、S8导通，辅助电感电流i

图4为模态2：[t

对于DAB，二次侧功率器件S5、S8关闭，功率器件S6、S7导通，辅助电感电流i

图5为模态3：[t

对于DAB，一次侧功率开关管S1、S4关闭，功率开关管S2、S3导通，辅助电感电流i

图6为模态4：[t

对于DAB，二次侧功率器件S6、S7关闭，功率器件S5、S8导通，辅助电感电流i

提出变换器的反向工作波形与正向相似，不在赘述。

当二次侧电网不供电时，形成两个并联的LLC谐振变换器，一次侧由分布式能源或储能系统供电，通过LLC谐振变换器为低压直流母线供电尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。