[实用新型]一种基于半桥三电平结构的双向LLC直流变换器

说明书

本实用新型公开了一种基于半桥三电平结构的双向LLC直流变换器，电路正向运行，电源V₁侧开关管S₁、S₂、S₃、S₄正常工作，四路驱动均采用固定0.5占空比，开关管S₁和开关管S₄互补导通，开关管S₂和开关管S₃互补导通，电源V₂侧开关管S₅、S₆、S₇、S₈全部处于封锁状态，只有体二极管参与能量的传输过程；当所述双向LLC变换器采取调占空比控制时，只需改变S₁、S₂和S₃、S₄之间的移相角；当采取调频控制时，只需改变开关频率。提高了电路的电压等级和功率等级。

技术领域

本实用新型涉及储能系统，具体涉及一种基于半桥三电平结构的双向LLC直流变换器。

背景技术

近年来，随着化石能源的不断消耗和全球变暖的影响愈加明显，新能源技术越来越受到重视，能够实现能量双向流动的双向DC/DC变换器作为储能环节中的重要组成部分，在当下新能源汽车领域等需要如超级电容、蓄电池等储能设备的应用技术不断发展下，迎来了其研究方向的又一个新的高峰，并朝着高效率、高功率密度方向发展。传统的移相全桥DC/DC变换器虽然结构简单，但是存在软开关范围比较窄，原边环流大，副边整流桥二极管电压尖峰大等明显问题，使得变换器效率和功率密度低；LLC谐振变换器由于其电路结构简单，不需要加任何辅助电路就能够在较宽的负载范围下实现逆变侧功率开关管的零电压开通(ZVS)和整流侧二极管的零电流关断(ZCS)，可以提高电路的软开关特性和功率密度，因此越来越受到重视。而传统的LLC电路只能实现单向的能量流动，为此国内外学者就双向LLC电路做了以下研究：

其中专利“林成栋，侯院军.LLC谐振的高变比大功率双向DCDC变换器.中国专利:公开号206180852U，公开日2017-5-17”提出了一种通过在开关桥臂中点增加辅助电感来实现正、反向谐振腔LLC特性一致的双向LLC变换器，该拓扑谐振腔不需要过多的谐振元件，使得电路成本和设计难度降低，且能避免新增元件上产生的损耗，是目前主流的双向LLC谐振腔结构。但是由于实际应用中储能侧蓄电池等储能元件和直流母线侧的电压等级变化范围较大，而该双向DC/DC变换器采用全桥结构，因此功率器件在宽范围输入电压的情况下仍然受到耐压等级的限制。

为此论文“A Bidirectional Three-Level LLC Resonant Converter With PWAMControl”,Tianyang Jiang,Junming Zhang,Member,IEEE,Xinke Wu,Member,IEEE,KuangSheng,Senior Member,IEEE,and Yousheng Wang,IEEE《IEEE Transactions onPowerElectronics》,2016,31(3),2213-2225.(“一种利用PWAM调制的双向三电平LLC谐振变换器”，《IEEE学报-电力电子期刊》，2016年第31卷第3期，第2213-2225页)提出了一种在储能侧采用半桥三电平结构的双向LLC变换器，虽然通过PWAM调制方法来实现宽范围电压调节，但该调制控制方法复杂，且其直流母线侧仍采用全桥结构，当直流母线侧电压变化较大时，将影响全桥结构中的功率开关管的正常工作，降低了系统的可靠性和效率。

实用新型内容

本实用新型目的是提供一种基于半桥三电平结构的双向LLC直流变换器，针对现有拓扑存在的缺陷，提高了电路的电压等级和功率等级。