[发明专利]一种隔离型双向谐振软开关DC-DC变换器

说明书

本发明公开一种隔离型双向谐振软开关DC‑DC变换器，其拓扑结构包括两个有源桥和一个谐振腔。该变换器拓扑结构简单且便于实现磁集成，因而具有实现高功率密度的潜力。同时，本变换器可以依靠简单的变频控制方式实现双向电压增益的宽范围灵活调节，可靠性因此得以增强。此外，本变换器能在很宽的范围内实现逆变开关管的零电压开通(ZVS)及整流开关管的零电流关断(ZCS)，极大地减小了开关损耗。该变换器可应用于储能系统、电动汽车中的蓄电池充放电控制器以及开关电源等多种需要双向功率流的场合。

技术领域

本发明涉及双向直流-直流变换器技术领域，具体为一种隔离型双向谐振软开关DC-DC变换器。

背景技术

随着传统化石能源(如石油、煤炭、天然气等)的迅速消耗和环境污染的加剧，合理、有效地利用能源受到了人们的关注。可再生能源由于具有可持续利用和清洁的优势受到了广泛关注。对于可再生能源而言，太阳能光伏发电、风力发电和燃料电池动力等系统受到了人们越来越多的重视，尽管目前已经取得了一定的丰硕成果，但由于可再生能源固有的间歇性和剧烈的波动性使得众多挑战仍亟须解决。为了抑制电压波动并提高电能的利用率，双向DC-DC变换器通常在这些应用系统中起着重要的作用。而在电动汽车、储能电站等应用场合当中，同样需要双向DC-DC变换器来实现稳定、高效、快速的双向充放电。因此，对双向DC-DC变换器的研究将成为能源革命发展中最有前景的方向之一。

根据是否使用高频变压器对变换器进行电气隔离，双向DC-DC变换器可分为非隔离和隔离两种类型。由于隔离型变换器不但能够在更高程度上确保系统的安全性，同时还可以通过提高变压器的匝比实现电压增益的提升，因此，近年来国内外的许多学者和专家就如何实现良好的双向电压、功率调节并兼顾高效率的能量变换，在隔离型双向DC-DC变换器领域进行了大量的研究工作，并取得了一定的研究成果。

隔离型双向DC-DC变换器可以看作是对单向DC-DC变换器的一种改进。一般而言，可以通过用有源开关代替单向DC-DC变换器中的无源整流二极管来获得。因此，双有源桥结构成为了应用最为广泛的一类。对于传统的双有源桥型隔离双向DC-DC变换器，其可在移相控制下实现双向功率流动和电压增益调节。但是，这种控制策略将导致较高的无功功率、轻载ZVS实现困难和较大的关断损耗，因此很难获得较高的功率变换效率。为了使无功功率最小化，有学者提出了基于移相控制的全局最优移相比。为了解决轻载ZVS难以实现的问题，有学者将辅助LC网络和辅助耦合电感分别用于传统的双有源桥结构。尽管上述缺陷得到了解决，但控制策略和拓扑结构的复杂性已大大增加，因此电路的可靠性和功率密度难免会产生一定程度的下降。LLC型谐振变换器由于控制方式简单、能在很宽的范围内实现逆变开关管的零电压开通及整流二极管的零电流关断、电路结构简单且易于磁集成，因此一度成为了研究热点。然而，由于正向和反向模式下的电压增益曲线一致性较差，传统的LLC型变换器在双向功率传输应用中受到了一定的限制。尽管有学者针对LLC反向增益特性差的问题从控制策略的角度提出过一些解决方法，但控制策略往往较为复杂，且往往需要额外的实现倍压功能的电路结构，因此会对变换器的可靠性和功率密度产生一定不利影响。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种隔离型双向谐振软开关DC-DC变换器，进一步综合提升隔离型双向DC-DC变换器的功率密度、可靠性、增益调节能力和变换效率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种隔离型双向谐振软开关DC-DC变换器，包括依次连接的高压侧有源桥、谐振腔和低压侧有源桥；其中高压侧有源桥和低压侧有源桥均可由全桥或半桥结构组成，所述谐振腔由LLC谐振拓扑结构、高频变压器和辅助电感组成，所述LLC谐振拓扑结构由第一电感、第二电感和电容组成。