[发明专利]一种L-LLC谐振变换器的超宽增益范围调节方法

说明书

本发明提出了一种L‑LLC谐振变换器的超宽增益范围调节方法，适用于柔性直流输、配电网，新能源并网，蓄电池储能等用到宽电压范围L‑LLC谐振变换器的领域。本发明所提出的L‑LLC谐振变换器超宽增益范围调节方法赋予了L‑LLC谐振变换器宽范围电压调节能力，保证了L‑LLC谐振变换器良好的软开关特性，本发明所提出的L‑LLC超宽增益范围调节方法对桥臂控制进行了优化，消除了辅助电感引入的偏磁现象。

技术领域

本发明涉及一种L-LLC谐振变换器的超宽增益范围调节方法，适用于柔性直流输、配电网，新能源并网，蓄电池储能等所有可能用到中、高压双向隔离直流电力电子变压器的领域。

背景技术

电力电子变压器(Power Electronic Transformer，PET)，又称固态变压器(SolidState Transformer，SST)，是一种通过高频能量变换技术替代传统变压器的电子电力装置。用于两个直流母线间能量传输和电气隔离的电力电子变压器又被称为直流电力电子变压器(DC Power Electronic Transformer，DCPET)。DCPET被广泛应用在柔性直流输、配电网，新能源并网，能源互联网等所有可能用到中、高压双向隔离直流变换的领域。L-LLC谐振变换器是带辅助电感的LLC谐振变换器，可以作为双向隔离直流电力电子变压器的典型拓扑，在柔性输电中的应用越来越广泛，使其具备更宽范围的电压调节能力的需求越来越大。

为了拓宽新能源并网的输入/输出电压范围，提出了一种L-LLC谐振变换器的超宽增益范围调节方法，是通过将已有的L-LLC拓扑进行相应的开关管控制，从而进行拓扑演变，由全桥变换为非对称半桥的方法；在此之前，已有不少学者进行了LLC拓扑的相关研究，通过控制开关管的开通与关闭，即在全桥LLC和半桥LLC之间切换(FBLLC-HBLLC)，将输入电压范围分为两部分，在较低输入电压范围内采用全桥LLC拓扑(FBLLCMode)，在较高输入电压范围内采用半桥LLC拓扑(HBLLCMode)，将全桥LLC电路变换成非对称半桥电路，从而使得输入电压利用率减半，电路的增益曲线减半，从而获得输出电压的更宽范围输出。这种变拓扑的控制方法，不仅保留了LLC原有的软开关特性，在开通时原边功率开关管可以零电压开通，副边功率开关管可以零电流开通，关断时副边功率开关管可以零电流关断，实现了宽范围和高效率，而且这种变拓扑电路完全不增加额外器件，单纯依靠控制功率开关管的开通关闭，控制简单，可以高效率的进行拓扑切换。

然而，L-LLC拓扑与传统LLC电路拓扑有所不同，L-LLC电路较传统LLC电路增加了辅助电感，如果依旧按照传统LLC的全桥变非对称半桥的控制方法，辅助电感两端电压始终为正，辅助电感的能量始终在积累，最终会造成辅助电感偏磁的问题，偏磁会使得电感值急剧下降，造成电流偏大、温度上升，严重会使得电感损坏。

发明内容

针对L-LLC拓扑增益范围受限，输出电压范围无法满足要求的问题，本发明提出了一种L-LLC谐振变换器的超宽增益范围调节方法，在不同增益要求下进行全桥拓扑和半桥拓扑之间的切换，能够保证L-LLC谐振变换器在超宽增益范围工作，同时保证了软开关特性。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

L-LLC谐振变换器由原边H桥、中高频变压器、副边H桥以及谐振网络组成，谐振网络包括：谐振电感L_r、谐振电容C_r、励磁电感L_m1和辅助电感L_m2，中高频变压器的变比为n:1，原边H桥由功率开关管S₁-S₄组成，副边H桥由功率开关管S₅-S₈组成；功率开关管S₁与功率开关管S₂的中点设为A端，功率开关管S₃与功率开关管S₄的中点设为B端，功率开关管S₅与功率开关管S₆的中点设为C端，功率开关管S₇与功率开关管S₈的中点设为D端。