[发明专利]一种双向DC/DC变换器及其工作方法

权利要求书

1.一种双向DC/DC变换器，其特征在于，包括原边电路、隔离变压器、副边电路；其中，

所述原边电路和副边电路均包括逆变模块支路和电容支路，所述逆变模块支路包括串联的两个逆变模块，所述电容支路包括串联的两个电容；所述逆变模块支路的一端与电容支路的一端相连；两个所述逆变模块相连处引出原边电路或副边电路的正输出端，两个所述电容相连处引出原边电路或副边电路的负输出端；

低压侧电源的正极与原边电路的正输出端相连，负极与原边电路中的逆变模块支路的另一端、电容支路的另一端相连；

高压侧电源正极与逆变模块支路的一端相连，负极与副边电路中的逆变模块支路的另一端、电容支路的另一端相连；

所述隔离变压器为松耦合变压器；

所述双向DC/DC变换器还包括设置于所述原边电路和所述隔离变压器原边绕组之间的原边补偿电路、设置于所述隔离变压器副边绕组和所述副边电路之间的副边补偿电路；其中，所述原边补偿电路包括电感Lp、电容Cp1、电容Cp2；所述原边电路的正输出端依次连接电感Lp、电容Cp1、所述隔离变压器原边绕组的同名端，所述电容Cp2并联于所述电感Lp与电容Cp1的连接点、所述原边电路的正输出端之间；所述副边补偿电路包括电容Cs，所述电容Cs串联在所述隔离变压器副边绕组的同名端和所述副边电路的正输入端之间；通过调整电感Lp调节输入输出增益；

做出双向DC/DC变换器负载端的阻抗角θ与参数α、β变化曲线；阻抗角θ与参数α、β的变化曲线满足：

其中，jαX₁表示补偿电感Lp的阻抗；jβX₁表示补偿电容Cp1和松耦合变压器原边电感的串联后的阻抗；jX₂表示电容Cp2的阻抗；Z_L表示负载端的阻抗；

选取阻抗角θ以确定参数α、β，最终确定电路的不平衡参数；为使电路工作在软开关状态，则需要使电路工作在弱感性状态，即双向DC/DC变换器负载端的阻抗角θ大于0；

所述原边电路和副边电路中的逆变模块结构相同，均包括：开关管、二极管和电容；开关管的漏极和源极之间反向并联二极管、且并联所述电容；

所述开关管的栅极用于接收驱动信号；

所述原边电路还包括电感L和电容CL，所述电容CL并联于所述低压侧电源两侧，所述电感L串联与所述低压侧电源的正极与所述原边电路的正输出端之间；

当所述双向DC/DC变换器用于升压时，向所述原边电路中的两个逆变模块发送驱动信号，用于实现升压控制；

当所述双向DC/DC变换器用于降压时，向所述副边电路中的两个逆变模块发送驱动信号，用于实现降压控制；

将原边电路中所述逆变模块支路的一端与所述原边电路的正输出端之间的逆变模块作为第一逆变模块，将低压侧电源的负极与所述原边电路的正输出端之间的逆变模块作为第二逆变模块，将副边电路中所述逆变模块支路的一端与所述副边电路的正输出端之间的逆变模块作为第三逆变模块，将高压侧电源的负极与所述副边电路的正输出端之间的逆变模块作为第四逆变模块；

当所述变换器工作在升压模式时，执行以下步骤：

t0-t1时刻：向所述第一逆变模块中的开关管S1发送导通驱动信号、向所述第二逆变模块中的开关管S2发送截止驱动信号，使得开关管S1 导通、开关管S2截止，低压侧电流流经开关管S1，隔离变压器原边绕组的同名端极性为正、异名端极性为负，副边绕组的同名端极性为正、异名端极性为负，高压侧电流经第三逆变模块中的二极管Ds3半波整流后为高压负载提供电能；

t1-t2时刻：开关管S1、开关管S2均截止；低压侧由原边电路的电容支路中的两个电容提供电能，隔离变压器绕组电压极性不变，高压侧整流二极管Ds3工作，经Ds3半波整流后提供高压侧电能；

t2-t3时刻：开关管S2导通、开关管S1截止，低压侧电流流经开关管S2，隔离变压器原边绕组的同名端极性为负、异名端极性为正，副边绕组的同名端极性为负、异名端极性为正，高压侧电流经第四逆变模块中的二极管Ds4半波整流后为高压负载提供电能；

t3-t4时刻：开关管S1、S2均截止；低压侧由原边电路的电容支路中的两个电容提供电能，隔离变压器绕组电压极性不变，高压侧整流二极管Ds4工作，经Ds4半波整流后提供高压侧电能；

当所述变换器工作在降压模式时，执行以下步骤：

t0-t1时刻：向所述第三逆变模块中的开关管S3发送导通驱动信号、向所述第四逆变模块中的开关管S4发送截止驱动信号，使得开关管S3导通、开关管S4截止，高压侧电流流经开关管S3，隔离变压器副边绕组的同名端极性为正、异名端极性为负，原边绕组的同名端极性为正、异名端极性为负，低压侧电流经第一逆变模块中的二极管Ds1半波整流后为低压负载提供电能；

t1-t2时刻：开关管S3、开关管S4均截止；高压侧由副边电路的电容支路中的两个电容提供电能，隔离变压器绕组电压极性不变，低压侧整流二极管Ds1工作，经Ds1半波整流后提供低压侧电能；

t2-t3时刻：开关管S4导通、开关管S3截止，高压侧电流流经开关管S4，隔离变压器副边绕组的同名端极性为负、异名端极性为正，原边绕组的同名端极性为负、异名端极性为正，低压侧电流经第二逆变模块中的二极管Ds2半波整流后为低压负载提供电能；

t3-t4时刻：开关管S3、开关管S4均截止；高压侧由副边电路的电容支路中的两个电容提供电能，隔离变压器绕组电压极性不变，低压侧整流二极管Ds2工作，经Ds2半波整流后提供低压侧电能。