[实用新型]一种隔离型有源箝位交错并联双向直流-直流变换器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种双向直流-直流变换器，尤其是隔离型有源箝位交错并联双向直流-直流变换器。

背景技术

近年来，随着石油、煤等传统能源大量的消耗，能源的短缺和环境的污染已经成为世界的焦点，可再生能源的发展和应用受到世界各国的广泛关注。在可再生能源发电系统中，如风能、太阳能等可再生能源所产生的电能存在短时间内的波动问题，需要使用能量存储系统使发电系统能量平稳输出。其中，能量存储系统的核心就是双向的直流-直流变换器，可以在发电系统输出过多能量时存储多余能量于蓄电池等储能设备，而在发电系统输出能量不足时输出功率，满足负载的需求。与此同时，出于对人身安全方面考虑，许多应用场合都有电气隔离的要求，为延长蓄电池等储能设备使用寿命，需要减少低压电池侧纹波。所以低输入纹波、高升压/降压、高效率的隔离型双向变换器在可再生能源发电领域里有着重要的作用。

常规的Buck-Boost型双向直流-直流变换器结构简单，应用广泛，但该变换器的功率开关工作于硬开关状态，开关损耗较大，功率开关管的电压应力较大，低压侧电流纹波大。常规的Buck-Boost型交错并联直流-直流双向变换器只在一定程度上减小了低压侧电流的纹波，但是其它问题仍然存在。近年来相继出现了一些高升压/降压隔离型直流-直流双向变换器，有建立于全桥拓扑的基础上，且增加有源箝位电路实现功率开关管的软开关，所用开关管数量较多，且结构复杂；另外有提出了一种基于半桥结构的双向变换器，但需要增加额外的控制电路来解决电容间的电压不平衡问题。

中国专利CN1545195中公开了一种涉及正反激双向DC-DC变换器，由变压器次、初级绕组N_s1与N_p1相互耦合构成正激变压器T₁；由另一变压器次、初级绕组N_s2与N_p2相互耦合构成反激变压器T₂，两个次级绕组N_s1与N_s2各自串联开关管S₁与S₂后同时并联于输入直流电源。两个初级绕组N_p1与N_p2串联后通过整流/逆变电路和直流电源V₂并联。利用有源箝位、RCD箝位、LCD箝位、ZVT复位等技术可组成一族双向变换器拓扑。

但是，该技术仍有以下不足：

1、两个变压器处理的功率等级不同，导致变压器的损耗分配不均，功率开关管的电压和电流应力不对称，增加了热管理的难度，影响了变换器的寿命；

2、在该方案中，正激变压器不需要气隙，反激变压器需要增加较大气隙，增加了磁性元件的设计复杂度，不利于工业化大规模生产；

3、该方案中，正激变压器只在其对应开关管导通时向高压侧传递能量，而反激变压器只在其对应开关管关断时向高压侧传递能量，导致变压器的利用率不高，增加了变压器的体积，降低了系统功率密度；

4、由于正激变压器和反激变压器的不对称性，难以实现电路的交错并联工作，影响了系统功率等级的提高。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种结构简单、低压侧电流纹波小的隔离型有源箝位交错并联双向直流-直流变换器。

为实现上述目的，本实用新型有以下两种技术解决方案：

方案1

本实用新型的隔离型有源箝位交错并联双向直流-直流变换器，包括低压侧电路和高压侧电路；

所述的低压侧电路包括：两条有源箝位电路和两条与低压侧电源并联的支路，第一条并联支路由第一低压侧绕组与带反并二极管的第一功率开关管串联构成，在第一功率开关管两端并联第一并联电容，第二条并联支路由第二低压侧绕组与带反并二极管的第二功率开关管串联构成，在第二功率开关管两端并联第二并联电容；第一有源箝位电路并联在第一低压侧绕组两端或并联在第一功率开关管的源极和漏极上，其由带反并二极管的第一辅助开关管和第一箝位电容串联构成；第二有源箝位电路并联在第二低压侧绕组两端或并联在第二功率开关管的源极和漏极上，其由带反并二极管的第二辅助开关管和第二箝位电容串联构成；