[发明专利]并联谐振式双向隔离型高增益DC-DC变换器

摘要

本发明公开了一种并联谐振式双向隔离型高增益DC‑DC变换器，包括：交错升压单元，包括第一电感和第二电感、第一开关管和第二开关管以及低压输入源或低压负载；并联谐振单元，包括并联电容和变压器；Buck‑boost单元，包括隔直电容、第三开关管和第四开关管、输出电容以及高压输入源或高压负载；交错升压单元通过第一节点和第二节点与并联谐振单元相连。该变换器能通过交错升压单元和并联谐振单元实现低压输入源到高压负载的高增益升压变换，也能通过Buck‑boost单元和并联谐振单元实现高压输入源到低压负载的高增益降压变换，从而使变换器效率更高，进一步提高增益，降低成本，输入电流纹波小，并且结构简单，易于实现。

主权项

1.一种并联谐振式双向隔离型高增益DC‑DC变换器，其特征在于，包括：交错升压单元，所述交错升压单元包括第一电感L₁、第二电感L₂、第一开关管S₁、第二开关管S₂和低压输入源V_Lin或低压负载R_LL，其中，所述第一电感L₁的一端和所述第一开关管S₁的漏极与第一节点A相连，所述第二电感L₂的一端和所述第二开关管S₂的漏极与第二节点B相连，所述第一电感L₁的另一端和所述第二电感L₂的另一端与所述低压输入源V_Lin的正极或所述低压负载R_LL的一端相连，所述第一开关管S₁的源极和所述第二开关管S₂的源极与所述低压输入源V_Lin的负极或所述低压负载R_LL的另一端相连；并联谐振单元，所述并联谐振单元通过所述第一节点A和所述第二节点B与所述交错升压单元相连，所述并联谐振单元包括并联电容C_p、变压器T_r，变压器漏感L_lp，其中，所述并联电容C_p的一端和所述变压器T_r一次侧的同名端与所述第一节点A相连，所述并联电容C_p的另一端和所述变压器T_r一次侧的异名端与所述第二节点B相连，所述变压器T_r二次侧的同名端与第三节点C相连，所述变压器T_r二次侧的异名端与第四节点D相连；Buck‑boost单元，所述并联谐振单元通过所述第三节点C和所述第四节点D与所述Buck‑boost单元相连，所述Buck‑boost单元包括第三开关管S₃、第四开关管S₄、隔直电容C_s、输出电容C_o和高压输入源V_Hin或高压负载R_HL，其中，所述第三开关管S₃的源极和所述第四开关管S₄的漏极与所述第三节点C相连，所述隔直电容C_s的一端与所述第四节点D相连，所述隔直电容C_s的另一端与所述第四开关管S₄的源极相连，所述第三开关管S₃的漏极和所述输出电容C_o的一端与所述高压输入源V_Hin的正极或所述高压负载R_HL的一端相连，所诉第四开关管S₄的源极和所述输出电容C_o的另一端与所述高压输入源V_Hin的负极或所述高压负载R_HL的另一端相连；所述DC‑DC变换器的工作模式包括升压模式和降压模式，其中，所述升压模式包括十个工作模态，且前五个工作模态与后五个工作模态相互对称，所述前五个工作模态分别为第一工作模态、第二工作模态、第三工作模态、第四工作模态和第五工作模态，所述降压模式包括十个工作模态，且前五个工作模态与后五个工作模态相互对称，所述前五个工作模态分别为第一工作模态、第二工作模态、第三工作模态、第四工作模态和第五工作模态；在所述升压模式第一工作模态下，包括：所述第一开关管S₁、所述第二开关管S₂和所述第三开关管S₃导通，所述第四开关管S₄关断，所述输出电容C_o向所述高压负载R_HL供电，且通过所述第三开关管S₃向所述变压器T_r反向充电，同时，所述低压输入源V_Lin通过所述第一开关管S₁向所述第一电感L₁恒压充磁，通过所述第二开关管S₂向所述第二电感L₂恒压充磁，其中公式如下：其中，L_p＝(L_lp+L_ls)，i_Lp(t)为所述变压器T_r的一次侧电流，i_Ls(t)为所述变压器T_r的二次侧电流，i_S1(t)为所述第一开关管S₁的电流，i_S2(t)为所述第二开关管S₂的电流，i_S3(t)为所述第三开关管S₃的电流，V_HL为所述高压负载R_HL的电压，L_lp为所述变压器T_r一次侧的漏感，L_ls为所述变压器T_r二次侧的漏感，i_L为所述第一电感L₁和所述第二电感L₂的稳态电流；在所述降压模式第一工作模态下，包括：所述第三开关管S₃导通，所述第一开关管S₁、所述第二开关管S₂和所述第四开关管S₄关断，所述第三开关管S₃实现软开通，所述高压输入源V_Hin向所述变压器T_r充电，所述第一电感L₁和所述第二电感L₂通过所述第一开关管S₁的反并联二极管和所述第二开关管S₂的反并联二极管续流，将所述并联电容C_p的电压和所述变压器T_r一次侧的电压箝位在零，所述第二开关管S₂的电流逐渐转移到所述第一开关管S₁中，所述变压器T_r二次侧的电流线性上升，其中公式如下：其中，L_p＝(L_lp+L_ls)，i_Lp(t)为所述变压器T_r的一次侧电流，i_Ls(t)为所述变压器T_r的二次侧电流，i_S1(t)为所述第一开关管S₁的电流，i_S2(t)为所述第二开关管S₂的电流，i_S3(t)为所述第二开关管S₂的电流，V_Hin为所述高压输入源V_Hin的电压，L_lp为所述变压器T_r一次侧的漏感，L_ls为所述变压器T_r二次侧的漏感，i_L为所述第一电感L₁和第二电感L₂的稳态电流。