[发明专利]一种LLC谐振型三端口DC-DC变换器及其控制方法

摘要

本发明公开了一种LLC谐振型三端口DC-DC变换器及其控制方法，该变换器由原边电路、副边电路、变压器加LLC谐振网络三部分构成，其中原边电路由集成了两路交错并联双向buck-boost电路的全桥单元构成，副边电路由整流电路构成，变压器加LLC谐振网络由高频变压器、谐振电感L_r、励磁电感L_m和谐振电容C_r构成。通过调节原边电路功率开关管的占空比和频率，可以同时对原边两个端口之间的双向能量传输及输出的单向能量传输进行有效控制。本发明通过将非隔离型的双向buck-boost变换器与隔离型的全桥LLC谐振变换器集成到一起，实现了原边开关管的复用，减少了开关管的数量，降低了成本，提高了功率密度和可靠性。该变换器适用于可再生能源发电、混合电动汽车、燃料电池汽车、混合储能等系统中。

主权项

一种LLC谐振型三端口DC‑DC变换器，其特征在于：它是由原边电路、副边电路和变压器加LLC谐振网络构成，所述的原边电路是由集成了两路交错并联双向buck‑boost电路的全桥单元构成，所述的副边电路是由整流电路构成，变压器加LLC谐振网络是由高频变压器、谐振电感L_r、励磁电感L_m和谐振电容C_r构成；通过调节原边电路开关管的占空比和频率，可以同时对原边两个端口之间的双向能量传输及输出的单向能量传输进行有效控制；所述的原边电路包括第一输入/输出直流源V_s1、第二输入/输出直流源V_s2，第一电容C_s1、第二电容C_s2，第一电感L_b1、第二电感L_b2以及第一至第四开关管S₁～S₄；第一开关管S₁、第二开关管S₂、第三开关管S₃和第四开关管S₄构成全桥单元，其中第一开关管S₁的源极与第二开关管S₂的漏极连接，构成全桥单元的前桥臂，第三开关管S₃的源极与第四开关管S₄的漏极连接，构成全桥单元的后桥臂，前后两个桥臂并联连接；第一直流源V_s1与第一输入电容C_s1、全桥单元并联连接；第二直流源V_s2与第二输入电容C_s2并联，第二直流源V_s2的正极连接第一电感L_b1与第二电感L_b2的公共端，第一电感L_b1的另一端与前桥臂中点连接，第二电感L_b2的另一端与后桥臂中点连接；所述的副边电路包括第一输出整流二极管D_o1、第二输出整流二极管D_o2、第三输出整流二极管D_o3、第四输出整流二极管D_o4、输出电容C_o和输出电阻R_o；第一输出整流二极管D_o1的阳极与第二输出整流二极管D_o2的阴极连接，第三输出整流二极管D_o3的阳极与第四输出整流二极管D_o4的阴极连接，第一输出整流二极管D_o1与第三输出整流二极管D_o3共阴极连接，第二输出整流二极管D_o2与第四输出整流二极管D_o4共阳极连接，输出电容C_o及输出电阻R_o并联连接，它们的正极连接到第一输出整流二极管D_o1与第三输出整流二极管D_o3的共阴极，其负极连接到第二输出整流二极管D_o2与第四输出整流二极管D_o4的共阳极；所述的变压器加LLC谐振网络包括一个高频变压器T、谐振电感L_r、励磁电感L_m和谐振电容C_r；所述的高频变压器T包括两个绕组n₁和n₂，第一绕组n₁作为原边绕组，第二绕组n₂作为副边绕组；第一绕组n₁与励磁电感L_m并联，谐振电感L_r的一端与第一绕组n₁的同名端连接，谐振电感L_r的另一端与第一开关管S₁的源极相连；谐振电容C_r的一端与第一绕组n₁的非同名端连接，谐振电容C_r的另一端与第三开关管S₃的源极相连；第二绕组n₂的同名端与第一输出整流二极管D_o1的阳极连接，第二绕组n₂的非同名端与第三输出整流二极管D_o3的阳极连接。