[发明专利]一种LLC谐振型三端口DC-DC变换器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及可再生能源发电、混合电动汽车、燃料电池汽车等系统中的电力电子变换器领域，尤其涉及一种LLC谐振型三端口DC-DC变换器及其控制方法。

背景技术

地球资源的日渐枯竭以及人们对环境问题的广泛关注使得可再生能源发电系统越来越重要。目前，光伏发电和风力发电是可再生能源发电形式中应用较多的两种，但受自然条件的影响，其电力供应存在不稳定、不连续的缺点。为此，一般需要将多种可再生能源和其它能源以及储能装置结合在一起组成可再生能源联合供电系统，利用它们之间的互补性获得较为稳定的、连续的电能，例如光伏-蓄电池联合供电系统就是一种很好的选择，由于蓄电池单元的加入，不仅可以提高系统的稳定性，还可以实现能量的高效利用。

为了使多个输入电源联合给负载供电，需要用多端口变换器作为接口，连接发电单元、储能单元和负载端口。传统的联合供电系统中，每一种形式的能源均需要一个DC-DC变换器，将光伏、燃料电池或蓄电池等可再生能源或储能装置连接到公共直流母线上，直流母线可以给直流负载供电，也可以通过双向DC-DC变换器与储能装置之间进行能量的交换。这种结构的变换器含较多的功率变换单元，结构复杂；而且每增加一个端口就增加一个功率变换器单元，系统成本较高；并且，随着变换器和控制电路数量的增加，系统的可靠性降低。

针对传统结构的弊端，为了简化电路结构，可以用三端口DC-DC变换器代替原有的多个二端口DC-DC变换器，实现变换器拓扑和功能的合并，组成新型的可再生能源分布式发电系统。三端口DC-DC变换器有以下优点：(1)功率开关器件数目和相关的辅助电路较少，成本低，功率密度高；(2)减少了功率变换的级数，提高了系统的效率；(3)布置紧凑，装置的可靠性得到增强；(4)易于实现集中控制和优化的能量管理。此外，三端口变换器允许多种形式的能源输入，输入源的性质、幅值和特性可以相同，也可以差别很大，两个输入源可以单独或同时向负载供电，从而使系统的稳定性和灵活性得到显著提高。

现有的三端口变换器可分为三类，完全隔离型、部分隔离型和非隔离型。非隔离型三端口变换器因为没有高频隔离变压器，在端口电压等级差别较大或要求隔离的场合应用受限。利用一个三绕组高频变压器，通过磁耦合的方式连接三个输入/输出端口，构成完全隔离型的变换器，比较常用的结构为三有源桥(triple active bridge,TAB)三端口变换器，其可以实现三个端口之间的隔离，且可以连接性质不同的能源端口。其主要缺点是许多功率器件不能复用，元件数量较多，电路结构复杂。为了减少开关管的数量，降低系统成本，一些学者又相继提出将Boost电路与双有源桥(dual active bridge,DAB)或者单向移相全桥变换器集成在一起的部分隔离型的三端口变换器。这种结构既实现了电路元器件的共用，简化了电路结构，提高了功率密度，同时又可以实现输入能源与负载端口之间的隔离。但是当变换器工作在轻载时，变换器不易实现ZVS软开关，不利于变换器的高效率运行。

发明内容

为了克服现有技术中存在的上述问题，结合电路元件复用的优点，本发明的目的是提供一种LLC谐振型三端口DC-DC变换器及其控制方法。

为了解决上述存在的技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种LLC谐振型三端口DC-DC变换器，该变换器是由原边电路、副边电路和变压器加LLC谐振网络构成，所述的原边电路是由集成了两路交错并联双向buck-boost电路的全桥单元构成，所述的副边电路是由整流电路构成，变压器加LLC谐振网络是由高频变压器、谐振电感L_r、励磁电感L_m和谐振电容C_r构成；通过调节原边电路开关管的占空比和频率，可以同时对原边两个端口之间的双向能量传输及输出的单向能量传输进行有效控制；