[发明专利]宽电压增益低电流纹波双向谐振变换器及控制方法

权利要求书

1.一种宽电压增益低电流纹波双向谐振变换器，其特征在于，包括低压侧电路、谐振电路、隔离变压器和高压侧电路；其中

低压侧电路由低压侧第一滤波电感L₁、低压侧第二滤波电感L₂、箝位电容C_a、辅助电感L_a、低压侧直流电压V_L和低压侧桥臂组成，

谐振电路由谐振电感L_r和谐振电容C_r组成，

高压侧电路由高压侧桥臂和高压侧直流电压V_H组成；

低压侧桥臂由第一开关管Q₁、第二开关管Q₂、第三开关管Q₃、第四开关管Q₄组成，其中

第一开关管Q₁的源极与第二开关管Q₂的漏极连接组成第一桥臂，公共端引出作为第一桥臂中点，

第三开关管Q₃的源极与第四开关管Q₄的漏极连接组成第二桥臂，公共端引出作为第二桥臂中点，

第一开关管Q₁与第三开关管Q₃的漏极相连并连接箝位电容C_a正端，

第二开关管Q₂与第四开关管Q₄的源极相连并连接箝位电容C_a负端，

第一滤波电感L₁一端连接第一桥臂中点且另一端连接低压侧直流电压V_L正端，

第二滤波电感L₂一端连接第二桥臂中点且另一端连接低压侧直流电压V_L正端，

低压侧直流电压V_L负端连接箝位电容C_a负端，

辅助电感L_a一端连接第一桥臂中点且另一端连接第二桥臂中点；

谐振电感L_r和谐振电容C_r串联组成谐振腔，

谐振腔一端连接第一桥臂中点且另一端连接隔离变压器原边绕组同名端，

隔离变压器原边绕组异名端连接第二桥臂中点；

高压侧桥臂由四个开关管组成，其中

第五开关管Q₅的源极与第六开关管Q₆的漏极连接组成第三桥臂，公共端引出作为第三桥臂中点，

第七开关管Q₇的源极与第八开关管Q₈的漏极连接组成第四桥臂，公共端引出作为第四桥臂中点，

第五开关管Q₅和第七开关管Q₇的漏极相连并连接高压侧直流电压V_H的正端，

第六开关管Q₆和第八开关管Q₈的源极相连并连接高压侧直流电压V_H的负端，

隔离变压器副边绕组同名端连接第三桥臂中点，隔离变压器副边绕组异名端连接第四桥臂中点；

高压侧开关管采用固定开关频率、占空比可变的PWM控制方法，

高压侧第五、第六、第七、第八开关管开关频率f_s等于谐振电感L_r和谐振电容C_r两元件的谐振频率f_r，

第五开关管Q₅和第七开关管Q₇的占空比均为D_H，

调节占空比D_H以保持高压侧直流电压V_H恒定，

第五开关管Q₅和第六开关管Q₆驱动信号互补且留有死区时间，

第七开关管Q₇和第八开关管Q₈驱动信号互补且留有死区时间，

第五开关管Q₅和第八开关管Q₈驱动信号中心对称，

第六开关管Q₆和第七开关管Q₇驱动信号中心对称；

低压侧开关管采用固定开关频率、固定占空比的PWM控制方法，

低压侧第一、第二、第三、第四开关管开关频率f_s等于谐振电感L_r和谐振电容C_r两元件的谐振频率f_r，

第一、第二、第三、第四开关管占空比均为0.5，

第一开关管Q₁和第二开关管Q₂驱动信号互补且留有死区时间，

第三开关管Q₃和第四开关管Q₄驱动信号互补且留有死区时间，

第一开关管Q₁和第四开关管Q₄同时开通，

第二开关管Q₂和第三开关管Q₃同时开通，

第一开关管Q₁和第五开关管Q₅驱动信号中心对称，

第二开关管Q₂和第六开关管Q₆驱动信号中心对称；

A、功率流正向传输且第五开关管的占空比小于0.5时，包括以下工作模态：

（1）开关模态1：第一、第四开关管导通，第二、第三开关管关断；谐振电感和谐振电容谐振；第六、第八开关管导通，第五、第七开关管关断；谐振腔中无能量向高压侧传输；

（2）开关模态2：第一、第四开关管导通，第二、第三开关管关断；谐振电感和谐振电容谐振；第八开关管导通，第五、第六、第七开关管关断；谐振腔中无能量向高压侧传输；

（3）开关模态3：第一、第四开关管导通，第二、第三开关管关断；谐振电感和谐振电容谐振；第五、第八开关管导通，第六、第七开关管关断；谐振腔中的能量向高压侧传输；

（4）开关模态4：第一、第四开关管导通，第二、第三开关管关断；谐振电感和谐振电容谐振；第八开关管导通，第五、第六、第七开关管关断；谐振腔中无能量向高压侧传输；

（5）开关模态5：第一、第四开关管导通，第二、第三开关管关断；谐振电感和谐振电容谐振；第六、第八开关管导通，第五、第七开关管关断；谐振腔中无能量向高压侧传输；

（6）开关模态6：第一、第二、第三、第四开关管全部关断；谐振电感和谐振电容谐振；第六、第八开关管导通，第五、第七开关管关断；谐振腔中无能量向高压侧传输；

（7）开关模态7：第二、第三开关管导通，第一、第四开关管关断；谐振电感和谐振电容谐振；第六、第八开关管导通，第五、第七开关管关断；谐振腔中无能量向高压侧传输；

（8）开关模态8：第二、第三开关管导通，第一、第四开关管关断；谐振电感和谐振电容谐振；第六开关管导通，第五、第七、第八开关管关断；谐振腔中无能量向高压侧传输；

（9）开关模态9：第二、第三开关管导通，第一、第四开关管关断；谐振电感和谐振电容谐振；第六、第七开关管导通，第五、第八开关管关断；谐振腔中的能量向高压侧传输；

（11）开关模态10：第二、第三开关管导通，第一、第四开关管关断；谐振电感和谐振电容谐振；第六开关管导通，第五、第七、第八开关管关断；谐振腔中无能量向高压侧传输；

（12）开关模态11：第二、第三开关管导通，第一、第四开关管关断；谐振电感和谐振电容谐振；第六、第八开关管导通，第五、第七开关管关断；谐振腔中无能量向高压侧传输；

（13）开关模态12：第一、第二、第三、第四开关管全部关断；谐振电感和谐振电容谐振；第六、第八开关管导通，第五、第七开关管关断；谐振腔中无能量向高压侧传输；

B、功率流正向传输且第五开关管占空比大于0.5时，包括以下工作模态：

（1）开关模态1：第一、第四开关管导通，第二、第三开关管关断；谐振电感和谐振电容谐振；第五、第七开关管导通，第六、第八开关管关断；谐振腔中无能量向高压侧传输；

（2）开关模态2：第一、第四开关管导通，第二、第三开关管关断；谐振电感和谐振电容谐振；第五开关管导通，第六、第七、第八开关管关断；谐振腔中无能量向高压侧传输；

（3）开关模态3：第一、第四开关管导通，第二、第三开关管关断；谐振电感和谐振电容谐振；第五、第八开关管导通，第六、第七开关管关断；谐振腔中的能量向高压侧传输；

（4）开关模态4：第一、第四开关管导通，第二、第三开关管关断；谐振电感和谐振电容谐振；第五开关管导通，第六、第七、第八开关管关断；谐振腔中无能量向高压侧传输；

（5）开关模态5：第一、第四开关管导通，第二、第三开关管关断；谐振电感和谐振电容谐振；第五、第七开关管导通，第六、第八开关管关断；谐振腔中无能量向高压侧传输；

（6）开关模态6：第一、第二、第三、第四开关管全部关断；谐振电感和谐振电容谐振；第五、第七开关管导通，第六、第八开关管关断；谐振腔中无能量向高压侧传输；

（7）开关模态7：第二、第三开关管导通，第一、第四开关管关断；谐振电感和谐振电容谐振；第五、第七开关管导通，第六、第八开关管关断；谐振腔中无能量向高压侧传输；

（8）开关模态8：第二、第三开关管导通，第一、第四开关管关断；谐振电感和谐振电容谐振；第七开关管，第五、第六、第八开关管关断；谐振腔中无能量向高压侧传输；

（9）开关模态9：第二、第三开关管导通，第一、第四开关管关断；谐振电感和谐振电容谐振；第六、第七开关管导通，第五、第八开关管关断；谐振腔中的能量向高压侧传输；

（10）开关模态10：第二、第三开关管导通，第一、第四开关管关断；谐振电感和谐振电容谐振；第七开关管导通，第五、第六、第八开关管关断；谐振腔中无能量向高压侧传输；

（11）开关模态11：第二、第三开关管导通，第一、第四开关管关断；谐振电感和谐振电容谐振；第五、第七开关管导通，第六、第八开关管关断；谐振腔中无能量向高压侧传输；

（12）开关模态12：第一、第二、第三、第四开关管全部关断；谐振电感和谐振电容谐振；第五、第七开关管导通，第六、第八开关管关断；谐振腔中无能量向高压侧传输；

功率流反向传输时，变换器控制方法完全一致，反向传输模式的模态分析与正向传输模式相同，仅电流方向与正向传输模式相反。