[发明专利]基于三电平CLLLC谐振变换器的直流变压器拓扑及控制方法

权利要求书

1.一种利用基于三电平双向CLLLC谐振变换器的直流变压器拓扑进行控制的方法，基于三电平双向CLLLC谐振变换器的直流变压器拓扑包括高压侧拓扑、低压侧拓扑以及双向CLLLC谐振变换器；所述高压侧拓扑包括N个串联的半桥三电平电路，所述低压侧拓扑包括N个并联的全桥电路，每组所述半桥三电平电路与全桥电路通过所述双向CLLLC谐振变换器对应连接，N为大于2的整数；

所述半桥三电平电路的一个桥臂为串联的开关管S₁和S₂，另一个桥臂为串联的开关管S₃和S₄，开关管S₂和开关管S₃的连接点连接双向CLLLC谐振变换器的原边的一个输入端；所述半桥三电平电路的输入端串联两个母线电容Cd1、Cd2，二者的连接点连接双向CLLLC谐振变换器的原边的另一个输入端；母线电容Cd1和Cd2的连接点连接钳位二极管D5的正极和钳位二极管D6的负极，钳位二极管D5的负极连接开关管S₁和S₂的连接点以及飞跨电容C_ss的一端，钳位二极管D6的正极连接开关管S₃和S₄的连接点以及飞跨电容C_ss的另一端；

所述全桥电路的四个桥臂分别为开关管S₅、S₆、S₇和S₈；开关管S₅和S₆的连接点以及开关管S₇和S₈的连接点分别连接到双向CLLLC谐振变换器的副边的两个输出端，所述全桥电路的输出端并联母线电容C_o；

其特征在于：采用PWM驱动每组所述半桥三电平电路与全桥电路的开关管S₁至S₈，使得：开关管S₁与S₄互补，S₂与S₃互补，S₂滞后于S₁一个移相角，S₅、S₈相同且和S₆、S₇互补，S₆、S₇相同，S₅的上升沿与S₁上升沿同时刻，S₅的下降沿与S₂的下降沿同时刻；

后一个所述半桥三电平电路与全桥电路的驱动PWM脉冲的相位差滞后于前一个所述半桥三电平电路与全桥电路的驱动PWM脉冲360°/N并循环；

每组所述半桥三电平电路与全桥电路的包括依次发生的6个运行模态：

运行模态1：在开关管S₂导通时刻，高压侧谐振电流i_p通过开关管S₁、S₂开始正向流动，V_AB电压为V_in/2，V_AB为所述双向CLLLC谐振变换器的输入电压，V_in为所述半桥三电平电路输入电压；低压侧谐振电流i_s通过开关管S₅、S₈以正弦的规律增大，V_CD为V_o，V_CD为所述双向CLLLC谐振变换器的输出电压，V_o为所述全桥电路的输出电压，低压侧电压钳位励磁电感L_m电压，高压侧励磁电流i_Lm线性增大；

运行模态2：在开关管S₁关断时刻，高压侧谐振电流i_p与高压侧励磁电流i_Lm相等，低压侧谐振电流i_s下降为零并开始反向流动，而低压侧电压继续钳位励磁电感L_m电压，高压侧励磁电流i_Lm继续线性增大，高压侧谐振电流i_p继续以正弦的规律变化降低；开关管S₁关断，高压侧谐振电流i_p给S₁内部的结电容C₁充电，同时开关管S₄内部的结电容C₄通过C_rss放电，V_AB逐渐减小至零，高压侧谐振电流i_p接近高压侧励磁电流i_Lm且电流值接近于零，开关管S₄的电压降为零；

运行模态3：在V_AB开始为零的时刻，开关管S₁和S₄内部的结电容C₁和C₄充放电已完成，高压侧谐振电流i_p与高压侧励磁电流i_Lm相等并通过原边漏感L_r1、原边谐振电容C_r1、钳位二极管D5和开关管S₂环流，所述双向CLLLC谐振变换器的输入电压V_AB电压为零，低压侧谐振电流i_s继续按照正弦规律反向增大；

运行模态4：在V_AB停止为零的时刻，开关管S₂、S₅和S₈关断，高压侧谐振电流i_p给S₂内部的结电容C₂充电，开关管S₃内部的结电容C₃通过飞跨电容C_ss放电，高压侧谐振电流i_p接近高压侧励磁电流i_Lm且电流值接近于零，开关管S₃的电压降为零；低压侧开关管S₅-S₈内部的结电容C₅-C₈开始充放电，低压侧谐振电流i_s接近于零，S₆和S₇的电压降为零；充放电完成后V_AB变为-V_in/2，V_CD变为-V_o；

运行模态5：开关管S₄、S₆、S₇导通，由于此时开关管S₄、S₆和S₇两端电压为零；开关管S₃暂未开通，高压侧谐振电流i_p通过开关管S₃内部的体二极管D₃并逐渐减小；V_AB为-V_in/2，V_CD为-V_o，高压侧励磁电流i_Lm开始线性减小，低压侧谐振电流i_s按照正弦规律变化；

运行模态6：开关管S₃导通，开关管S₃两端电压为0，高压侧谐振电流i_p继续减小至0，高压侧励磁电流i_Lm继续线性减小，低压侧谐振电流i_s继续按照正弦规律变化。