[发明专利]一种双向三相LLC谐振变换器

说明书

本发明公开了电力电子技术领域的一种双向三相LLC谐振变换器，旨在解决现有技术中LLC谐振变换器元件承受转换应力集中，对副边整流二极管性能要求高、使用损耗大，以及不适用于大功率场合的技术问题。所述变换器包括原边、副边、谐振腔和控制器，原边包括输入滤波电容和与其并联的三相全桥逆变电路，副边包括输出滤波电容和与其并联的三相全桥整流电路，控制器连接于原边和副边的功率开关管，控制器根据输出滤波电容的电流判断变换器的工作状态，所述工作状态包括正向工作状态和反向工作状态，根据工作状态对三相全桥逆变电路或三相全桥整流电路中的功率开关管进行控制，从而将由输入滤波电容或输出滤波电容输出的电压稳定在额定值。

技术领域

本发明涉及一种双向三相LLC谐振变换器，属于电力电子技术领域。

背景技术

在电气系统中实施电流隔离，既可以提高系统的安全性，还可以避免接地回路问题。过去，电流隔离主要通过低频隔离变压器来实现，该变压器体积大、重量重，应用场合受到严重限制。为解决此问题，改采用提高开关频率的方法进行电流隔离，但过高的开关频率会增加开关器件损耗，同时使开关器件受到强电磁干扰，导致其开关性能变差、效率变低、系统可靠性下降。为此，有研究者提出采用软开关技术，由于软开关技术能够实现开关器件在零电压或者零电流状态下的导通或关断，从而显著减小开关器件的损耗，保证系统的可靠性。

目前，应用最广泛的软开关技术是LLC谐振变换器，该变换器结构简单，使用方便，能够在谐振频率附近实现开关器件的零电压导通。但在大功率应用场合，LLC谐振变换器存在如下不足：(1)工作状态下，变换器副边的整流电流会全部流过其整流二极管，元件转换应力集中，对副边整流二极管提出了很高的性能要求，同时造成较大损耗；(2)LLC谐振变换器的变换器副边仅包含滤波电容，无滤波电感，使得输出滤波电容的电流纹波较大，需要较大的滤波电容容量，不适用于大功率场合。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种双向三相LLC谐振变换器，包括原边、副边、谐振腔和控制器，原边包括输入滤波电容和与其并联的三相全桥逆变电路，副边包括输出滤波电容和与其并联的三相全桥整流电路，控制器连接于原边和副边的功率开关管，控制器通过控制原边或副边中的功率开关管，将变换器输出的电压稳定在额定值。

进一步地，三相全桥逆变电路包括第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂，第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂均与滤波电容并联且均包括若干相互串联的功率开关管，所述功率开关管带有寄生二极管和寄生电容。

进一步地，谐振腔包括第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔，第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔均包括依次串联的谐振电容、谐振电感、励磁电感以及与励磁电感并联的隔离变压器原边绕组；第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔中谐振电容的正极对应连接于第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂中相互串联的功率开关管之间，第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔中隔离变压器原边绕组的异名端彼此相连。

进一步地，三相全桥整流电路包括第四桥臂、第五桥臂、第六桥臂，以及与第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔中隔离变压器原边绕组相对应的三个隔离变压器副边绕组；第四桥臂、第五桥臂、第六桥臂均与输出滤波电容并联，均包括若干相互串联的功率开关管，所述功率开关管带有寄生二极管和寄生电容；三个隔离变压器副边绕组的同名端对应连接于第四桥臂、第五桥臂、第六桥臂中相互串联的功率开关管之间，三个隔离变压器副边绕组的异名端彼此相连。

进一步地，其特征是，若干相互串联的功率开关管，包括：两个相互串联的功率开关管。

进一步地，控制器包括输出滤波电容电流采集电路、输入滤波电容电压采集电路、输出滤波电容电压采集电路、正向工作调制模块、反向工作调制模块。

进一步地，正向工作调制模块或/和反向工作调制模块包括比较模块和PWM生成模块。

进一步地，正向工作调制模块或/和反向工作调制模块包括还包括PID调节模块。