[发明专利]一种双向谐振变换器及其控制方法

摘要

本发明公开了一种双向谐振变换器及其控制方法，属于电力电子变换器技术领域。所述双向谐振变换器由原边全桥电路、辅助电感、谐振电路、变压器和副边全桥电路构成，其中谐振电路由谐振电感、谐振电容构成。本发明通过构建完全对称的电路结构，利用原副边全桥电路使变换器具备双向功率传输的能力，采用占空比控制和移相角控制不仅使得两侧的电压和双向的电流能够在宽范围内调节，而且功率传输方向切换过程可以快速、平滑。本发明不仅使变换器具有双向功率传输的能力，控制策略简单，而且实现了所有开关管的软开关，可有效减小开关损耗、提高效率，特别适合在储能系统、电动汽车等双向隔离直流功率变换场合应用。

主权项

1.一种双向谐振变换器控制方法，其特征在于：所述双向谐振变换器由原边全桥电路(10)、辅助电感(La)、谐振电路(20)、变压器(T)和副边全桥电路(30)构成，其中原边全桥电路(10)由第一开关管(S1)、第二开关管(S2)、第三开关管(S3)、第四开关管(S4)和第一电压源(V1)构成，谐振电路(20)由谐振电感(Lr)、谐振电容(Cr)构成，变压器(T)包含一个副边绕组(NS)和一个原边绕组(NP)，副边全桥电路(30)由第五开关管(S5)、第六开关管(S6)、第七开关管(S7)、第八开关管(S8)和第二电压源(V2)组成；所述第一电压源(V1)的正极分别与第一开关管(S1)的漏极和第三开关管(S3)的漏极相连，第一开关管(S1)的源极分别连于第二开关管(S2)的漏极、谐振电感(Lr)的一端和辅助电感(La)的一端，谐振电感(Lr)的另一端连于变压器(T)原边绕组(NP)的同名端，变压器(T)原边绕组(NP)的非同名端连于谐振电容(Cr)的一端，谐振电容(Cr)的另一端连于第三开关管(S3)的源极、第四开关管(S4)的漏极以及辅助电感(La)的另一端，第四开关管(S4)的源极连于第二开关管(S2)的源极和第一电压源(V1)的负极；所述变压器(T)副边绕组(NS)的同名端分别与第五开关管(S5)的源极和第六开关管(S6)的漏极相连，第五开关管(S5)的漏极分别连于第七开关管(S7)的漏极和第二电压源(V2)的正极，第二电压源(V2)的负极连接到第六开关管(S6)的源极和第八开关管(S8)的源极，第八开关管(S8)的漏极连接到变压器副边绕组(NS)的非同名端；所述所有开关管开关频率固定，第一开关管(S1)与第二开关管(S2)互补导通，第三开关管(S3)与第四开关管(S4)互补导通，第五开关管(S5)与第六开关管(S6)互补导通，第七开关管(S7)与第八开关管(S8)互补导通；当第一电压源(V1)的电压高于第二电压源(V2)的电压时，副边全桥电路(30)中的第五开关管(S5)、第六开关管(S6)、第七开关管(S7)、第八开关管(S8)的占空比都等于0.5，第五开关管(S5)与第八开关管(S8)同时开通、同时关断，第六开关管(S6)与第七开关管(S7)同时开通、同时关断，原边全桥电路(10)中的开关管的控制方法采用以下三种控制方法中的任意一种：第一控制方法：第一开关管(S1)、第二开关管(S2)、第三开关管(S3)、第四开关管(S4)的占空比都等于0.5，第一开关管(S1)和第二开关管(S2)的开通时刻分别超前于第四开关管(S4)和第三开关管(S3)的开通时刻相同的移相角，通过调节第一开关管(S1)与第四开关管(S4)开通时刻之间的移相角来调节所述双向谐振变换器所传输的功率的大小和方向，当功率由第一电压源(V1)传输到第二电压源(V2)时，通过减小第一开关管(S1)与第四开关管(S4)开通时刻之间的移相角来增加由第一电压源(V1)传输到第二电压源(V2)的功率，当功率由第二电压源(V2)传输到第一电压源(V1)时，通过增加第一开关管(S1)与第四开关管(S4)开通时刻之间的移相角来增加由第二电压源(V2)传输到第一电压源(V1)的功率，第一开关管(S1)的开通时刻和第四开关管(S4)的开通时刻之间的中心线与第五开关管(S5)及第八开关管(S8)的开通时刻重合，第二开关管(S2)的开通时刻与第三开关管(S3)的开通时刻之间的中心线与第六开关管(S6)和第七开关(S7)管的开通时刻重合；第二控制方法：第一开关管(S1)的占空比小于等于0.5，第一开关管(S1)与第三开关管(S3)的占空比相等，第二开关管(S2)与第四开关管(S4)的占空比相等，通过调节第一开关管(S1)与第三开关管(S3)的占空比的大小来调节所述双向谐振变换器所传输的功率的大小和方向，当功率由第一电压源(V1)传输到第二电压源(V2)时，通过增加第一开关管(S1)与第三开关管(S3)的占空比来增加由第一电压源(V1)传输到第二电压源(V2)的功率，当功率由第二电压源(V2)传输到第一电压源(V1)时，通过减小第一开关管(S1)与第三开关管(S3)的占空比来增加由第二电压源(V2)传输到第一电压源(V1)的功率，第一开关管(S1)与第四开关管(S4)的驱动信号的中心线重合，第二开关管(S2)与第三开关管(S3)的驱动信号的中心线重合，第一开关管(S1)的开通时刻和第四开关管(S4)的开通时刻之间的中心线与第五开关管(S5)及第八开关管(S8)的开通时刻重合，第二开关管(S2)的开通时刻与第三开关管(S3)的开通时刻之间的中心线与第六开关管(S6)和第七开关管(S7)开通时刻重合；第三控制方法：第一开关管(S1)的占空比大于等于0.5，第一开关管(S1)与第三开关管(S3)的占空比相等，第二开关管(S2)与第四开关管(S4)的占空比相等，通过调节第二开关管(S2)与第四开关管(S4)的占空比的大小来调节所述双向谐振变换器所传输的功率的大小和方向，当功率由第一电压源(V1)传输到第二电压源(V2)时，通过增加第二开关管(S2)与第四开关管(S4)的占空比来增加由第一电压源(V1)传输到第二电压源(V2)的功率，当功率由第二电压源(V2)传输到第一电压源(V1)时，通过减小第二开关管(S2)与第四开关管(S4)的占空比来增加由第二电压源(V2)传输到第一电压源(V1)的功率，第一开关管(S1)与第四开关管(S4)的驱动信号的中心线重合，第二开关管(S2)与第三开关管(S3)的驱动信号的中心线重合，第一开关管(S1)的开通时刻和第四开关管(S4)的开通时刻之间的中心线与第五开关管(S5)及第八开关管(S8)的开通时刻重合，第二开关管(S2)的开通时刻与第三开关管(S3)的开通时刻之间的中心线与第六开关管(S6)和第七开关管(S7)开通时刻重合；当第二电压源(V2)的电压高于第一电压源(V1)的电压时，原边全桥电路(10)中的第一开关管(S1)、第二开关管(S2)、第三开关管(S3)、第四开关管(S4)的占空比都等于0.5，第一开关管(S1)与第四开关管(S4)同时开通、同时关断，第二开关管(S2)与第三开关管(S3)同时开通、同时关断，副边全桥电路(30)中的开关管的控制方法采用以下三种控制方法中的任意一种：第一控制方法：第五开关管(S5)、第六开关管(S6)、第七开关管(S7)、第八开关管(S8)的占空比都等于0.5，第五开关管(S5)和第六开关管(S6)的开通时刻分别超前于第八开关管(S8)和第七开关管(S7)的开通时刻相同的移相角，通过调节第五开关管(S5)和第八开关管(S8)开通时刻之间的移相角来调节所述双向谐振变换器所传输的功率的大小和方向，当功率由第一电压源(V1)传输到第二电压源(V2)时，通过增加第五开关管(S5)与第八开关管(S8)开通时刻之间的移相角来增加由第一电压源(V1)传输到第二电压源(V2)的功率，当功率由第二电压源(V2)传输到第一电压源(V1)时，通过减小第五开关管(S5)与第八开关管(S8)开通时刻之间的移相角来增加由第二电压源(V2)传输到第一电压源(V1)的功率，第五开关管(S5)的开通时刻和第八开关管(S8)的开通时刻之间的中心线与第一开关管(S1)及第四开关管(S4)的开通时刻重合，第六开关管(S6)的开通时刻和第七开关管(S7)的开通时刻之间的中心线与第二开关管(S2)及第三开关管(S3)的开通时刻重合；第二控制方法：第五开关管(S5)的占空比小于等于0.5，第五开关管(S5)与第七开关管(S7)的占空比相等，第六开关管(S6)与第八开关管(S8)的占空比相等，通过调节第五开关管(S5)与第七开关管(S7)的占空比的大小来调节所述双向谐振变换器所传输的功率的大小和方向，当功率由第一电压源(V1)传输到第二电压源(V2)时，通过减小第五开关管(S5)与第七开关管(S7)的占空比来增加由第一电压源(V1)传输到第二电压源(V2)的功率，当功率由第二电压源(V2)传输到第一电压源(V1)时，通过增加第五开关管(S5)与第七开关管(S7)的占空比来增加由第二电压源(V2)传输到第一电压源(V1)的功率，第五开关管(S5)与第八开关管(S8)的驱动信号的中心线重合，第六开关管(S6)与第七开关管(S7)的驱动信号的中心线重合，第五开关管(S5)的开通时刻和第八开关管(S8)的开通时刻之间的中心线与第一开关管(S1)及第四开关管(S4)的开通时刻重合，第六开关管(S6)的开通时刻与第七开关管(S7)的开通时刻之间的中心线与第二开关管(S2)及第三开关管(S3)开通时刻重合；第三控制方法：第五开关管(S5)的占空比大于等于0.5，第五开关管(S5)与第七开关管(S7)的占空比相等，第六开关管(S6)与第八开关管(S8)的占空比相等，通过调节第六开关管(S6)与第八开关管(S8)的占空比的大小来调节所述双向谐振变换器所传输的功率的大小和方向，当功率由第一电压源(V1)传输到第二电压源(V2)时，通过减小第六开关管(S6)与第八开关管(S8)的占空比来增加由第一电压源(V1)传输到第二电压源(V2)的功率，当功率由第二电压源(V2)传输到第一电压源(V1)时，通过增加第六开关管(S6)与第八开关管(S8)的占空比来增加由第二电压源(V2)传输到第一电压源(V1)的功率，第五开关管(S5)与第八开关管(S8)的驱动信号的中心线重合，第六开关管(S6)与第七开关管(S7)的驱动信号的中心线重合，第五开关管(S5)的开通时刻和第八开关管(S8)的开通时刻之间的中心线与第一开关管(S1)及第四开关管(S4)的开通时刻重合，第六开关管(S6)的开通时刻与第七开关管(S7)的开通时刻之间的中心线与第二开关管(S2)及第三开关管(S3)开通时刻重合。