一种新型倍压整流的宽增益CLLC谐振变换器及其控制方法
本发明属于电力电子功率变换，具体涉及直流母线与储能设备之间电能的双向传输。
背景技术：
1、cllc谐振变换器可以实现直流母线与储能设备之间电能的双向传输，并且能在全负载范围内实现软开关，极大地提高了效率，因而被广泛运用到微电网、电动汽车等领域。但是传统的cllc谐振变换器的控制方式大多是调频和移相控制，为获得宽电压增益，需要很大的频率调节范围，此举不利于磁性元件的优化设计。因此，在保留传统cllc谐振变换器优点的基础上，简化cllc谐振变换器的控制方式，拓宽电压增益并缩小调频范围具有现实意义。同时，传统的全桥逆变与半桥逆变切换过程中会产生电流冲击与振荡，对cllc谐振变换器的稳定运行构成威胁，因此实现全桥逆变与半桥逆变的平滑切换也尤为重要。
2、为解决上述问题，本发明提供了一种倍压整流的控制方式，不仅实现宽范围的电压调节同时也实现了全桥逆变与半桥逆变的平滑切换。
技术实现思路
1、本发明在保留传统cllc谐振变换器拓扑与软开关优点的前提下，进一步拓宽了输出电压增益范围，并缩减了调频范围，能在宽电压增益范围内保持高变换效率。
2、本发明技术方案如下：
3、一种新型倍压整流的宽增益cllc谐振变换器，包括，所述谐振变换器接在直流母线电压v1和蓄电池电压v2之间，包括第一滤波电容c1和第二滤波电容c2、由第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3和第四开关管q4组成的第一全桥电路，由第五开关管q5、第六开关管q6、第七开关管q7和第八开关管q8组成的第二全桥电路；第一谐振电感lr1、第一谐振电容cr1、励磁电感lm、第二谐振电感lr2、第二谐振电容cr2和变压器t组成的谐振腔。
4、具体的，所述谐振腔包括原边谐振腔和副边谐振腔，所述原边谐振腔和副边谐振腔共用所述励磁电感lm，所述原边谐振腔由所述第一谐振电容cr1、第一谐振电感lr1和所述励磁电感lm组成，所述第一谐振电感lr1与所述第一谐振电容cr1串联，一端与由所述第一开关管q1、所述第二开关管q2、所述第三开关管q3和所述第四开关管q4组成的第一全桥电路连接，另一端与变压器t的原边及所述励磁电感lm连接；所述副边谐振腔由所述第二谐振电容cr2、所述第二谐振电感lr2和所述励磁电感lm组成，所述第二谐振电感lr2与所述谐振电容cr2串联，一端与所述变压器t的副边连接，另一端与由所述第五开关管q5、所述第六开关管q6、所述第七开关管q7和所述第八开关管q8组成的第二全桥电路连接。
5、具体的，当变换器正向工作时，所述第一全桥电路为所述谐振变换器的逆变桥，所述第二全桥电路为所述谐振变换器的整流桥；当变换器反向工作时，所述第一全桥电路为所述谐振变换器的整流桥，所述第二全桥电路为所述谐振变换器的逆变桥。
6、还提供了一种基于倍压整流的宽电压增益cllc谐振变换器的控制方法，通过控制所述第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3、第四开关管q4、第五开关管q5、第六开关管q6、第七开关管q7和第八开关管q8之间的开通和关断，控制所述谐振腔输入电压维持在0、v1和或0、v2和三种不同的电平。
7、具体的，所述变换器正向运行时，进行全桥逆变时，所述第一开关管q1与所述第二开关管q2驱动信号互补，第一占空比为0.5；所述第三开关管q3与所述第四开关管q4驱动信号互补，第二占空比为0.5；所述变换器进行半桥逆变时，所述第一开关管q1持续导通、所述第二开关管q2关断，所述第三开关管q3与所述第四开关管q4驱动信号互补，第三占空比为0.5；所述变换器反向运行时，进行全桥逆变时，所述第五开关管q5与所述第六开关管q6驱动信号互补，第四占空比为0.5；所述第七开关管q7与所述第八开关管q8驱动信号互补，第五占空比为0.5；所述变换器进行半桥逆变时，所述第五开关管q5持续导通、所述第六开关管q6关断，所述第七开关管q7与所述第八开关管q8驱动信号互补，第六占空比为0.5。
8、具体的，通过控制所述第一开关管q1或所述第五开关管q5的导通占空比，对输出电压进行在1～2倍压之间的调节。
9、具体的，所述变换器正向运行时，改变所述第五开关管q5的导通占空比改变输出电压的输出增益，所述第五开关管q5的导通占空比为0.5时所述输出增益为1，随着所述第五开关管q5的导通占空比增大，所述输出增益增大直到所述占空比为1时，所述输出增益为2；所述变换器反向运行时，通过改变所述第一开关管q1的导通占空比来改变所述输出电压的所述输出增益，所述第一开关管q1的导通占空比为0.5时所述输出增益为1，随着所述第一开关管q1的导通占空比增大，所述输出增益增大直到所述第一开关管q1的导通占空比为1时，所述输出增益为2。
10、具体的，当直流母线与储能设备之间传递能量且直流母线电压为输出目标电压的0.5到1倍时，只调节占空比进行控制，所述第一开关管q1与所述第二开关管q2驱动信号互补，所述第三开关管q3与所述第四开关管q4驱动信号互补；所述第一开关管q1与所述第四开关管q4同时导通，占空比保持0.5不变；所述第二开关管q2与所述第三开关管q3同时导通，占空比保持0.5不变；通过调节所述第五开关管q5的导通占空比从而调节输出电压v2。
11、具体的，当所述直流母线电压为输出目标电压的1到2倍时，在全桥逆变的时候转变工作状态为半桥逆变并且进行2倍压整流；在所述变换器从所述全桥逆变切换到所述半桥逆变的工作状态时，在所述全桥逆变时，整流侧需要保持全桥整流，并且在切换成所述半桥逆变时，整流侧同时切换成2倍压整流；在所述变换器从所述半桥逆变切换至所述全桥逆变的工作状态时，在所述半桥逆变时，整流侧需要保持2倍压整流，并且在切换成所述全桥逆变时，整流侧同时切换成所述全桥整流；同时，整流侧采用部分同步整流技术，在所述第五开关管q5导通的同时，开通所述第八开关管q8，并且使所述第八开关管q8的导通占空比设为0.5。
12、还提供了一种包含新型倍压整流的宽增益cllc谐振变换器的电路。
13、本发明采用倍压整流的控制方式，在不改变原有cllc拓扑的情况下，通过调节占空比来实现变换器的双向调压功能，同时实现全桥与半桥逆变的平滑切换，拓宽了输出电压增益范围。
技术特征：
1.一种新型倍压整流的宽增益cllc谐振变换器，其特征在于，所述谐振变换器接在直流母线电压v1和蓄电池电压v2之间，包括第一滤波电容c1和第二滤波电容c2、由第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3和第四开关管q4组成的第一全桥电路，由第五开关管q5、第六开关管q6、第七开关管q7和第八开关管q8组成的第二全桥电路；第一谐振电感lr1、第一谐振电容cr1、励磁电感lm、第二谐振电感lr2、第二谐振电容cr2和变压器t组成的谐振腔。
2.如权利要求1所述的一种新型倍压整流的宽增益cllc谐振变换器，其特征在于，所述谐振腔包括原边谐振腔和副边谐振腔，所述原边谐振腔和副边谐振腔共用所述励磁电感lm，所述原边谐振腔由所述第一谐振电容cr1、第一谐振电感lr1和所述励磁电感lm组成，所述第一谐振电感lr1与所述第一谐振电容cr1串联，一端与由所述第一开关管q1、所述第二开关管q2、所述第三开关管q3和所述第四开关管q4组成的第一全桥电路连接，另一端与变压器t的原边及所述励磁电感lm连接；所述副边谐振腔由所述第二谐振电容cr2、所述第二谐振电感lr2和所述励磁电感lm组成，所述第二谐振电感lr2与所述谐振电容cr2串联，一端与所述变压器t的副边连接，另一端与由所述第五开关管q5、所述第六开关管q6、所述第七开关管q7和所述第八开关管q8组成的第二全桥电路连接。
3.如权利要求1所述的一种新型倍压整流的宽增益cllc谐振变换器，其特征在于，当变换器正向工作时，所述第一全桥电路为所述谐振变换器的逆变桥，所述第二全桥电路为所述谐振变换器的整流桥；当变换器反向工作时，所述第一全桥电路为所述谐振变换器的整流桥，所述第二全桥电路为所述谐振变换器的逆变桥。
4.一种如权利要求1至权利要求3任一项所述的一种新型倍压整流的宽增益cllc谐振变换器的控制方法，其特征在于，通过控制所述第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3、第四开关管q4、第五开关管q5、第六开关管q6、第七开关管q7和第八开关管q8之间的开通和关断，控制所述谐振腔输入电压维持在0、v1和或0、v2和三种不同的电平。
5.如权利4所述的基于倍压整流的一种新型倍压整流的宽增益cllc谐振变换器的控制方法，其特征在于，所述变换器正向运行时，进行全桥逆变时所述第一开关管q1与所述第二开关管q2驱动信号互补，第一占空比为0.5；所述第三开关管q3与所述第四开关管q4驱动信号互补，第二占空比为0.5；所述变换器进行半桥逆变时，所述第一开关管q1持续导通、所述第二开关管q2关断，所述第三开关管q3与所述第四开关管q4驱动信号互补，第三占空比为0.5；所述变换器反向运行时，进行全桥逆变时，所述第五开关管q5与所述第六开关管q6驱动信号互补，第四占空比为0.5；所述第七开关管q7与所述第八开关管q8驱动信号互补，第五占空比为0.5；所述变换器进行半桥逆变时，所述第五开关管q5持续导通、所述第六开关管q6关断，所述第七开关管q7与所述第八开关管q8驱动信号互补，第六占空比为0.5。
6.如权利要求4所述的一种新型倍压整流的宽增益cllc谐振变换器的控制方法，其特征在于，通过控制所述第一开关管q1或所述第五开关管q5的导通占空比，对输出电压进行在1～2倍压之间的调节。
7.如权利要求6所述的一种新型倍压整流的宽增益cllc谐振变换器的控制方法，其特征在于，所述变换器正向运行时，改变所述第五开关管q5的导通占空比改变输出电压的输出增益，所述第五开关管q5的导通占空比为0.5时所述输出增益为1，随着所述第五开关管q5的导通占空比增大，所述输出增益增大直到所述占空比为1时，所述输出增益为2；所述变换器反向运行时，通过改变所述第一开关管q1的导通占空比来改变所述输出电压的所述输出增益，所述第一开关管q1的导通占空比为0.5时所述输出增益为1，随着所述第一开关管q1的导通占空比增大，所述输出增益增大直到所述第一开关管q1的导通占空比为1时，所述输出增益为2。
8.如权利要求4所述的一种新型倍压整流的宽增益cllc谐振变换器的控制方法，其特征在于，当直流母线与储能设备之间传递能量且直流母线电压为输出目标电压的0.5到1倍时，只调节占空比进行控制，所述第一开关管q1与所述第二开关管q2驱动信号互补，所述第三开关管q3与所述第四开关管q4驱动信号互补；所述第一开关管q1与所述第四开关管q4同时导通，占空比保持0.5不变；所述第二开关管q2与所述第三开关管q3同时导通，占空比保持0.5不变；通过调节所述第五开关管q5的导通占空比从而调节输出电压v2。
9.如权利要求4所述的一种新型倍压整流的宽增益cllc谐振变换器的控制方法，其特征在于，当所述直流母线电压为输出目标电压的1到2倍时，在全桥逆变的时候转变工作状态为半桥逆变并且进行2倍压整流；在所述变换器从所述全桥逆变切换到所述半桥逆变的工作状态时，在所述全桥逆变时，整流侧需要保持全桥整流，并且在切换成所述半桥逆变时，整流侧同时切换成2倍压整流；在所述变换器从所述半桥逆变切换至所述全桥逆变的工作状态时，在所述半桥逆变时，整流侧需要保持2倍压整流，并且在切换成所述全桥逆变时，整流侧同时切换成所述全桥整流；同时，整流侧采用部分同步整流技术，在所述第五开关管q5导通的同时，开通所述第八开关管q8，并且使所述第八开关管q8的导通占空比设为0.5。
技术总结
一种新型倍压整流的宽增益CLLC谐振变换器，所述谐振变换器接在直流母线电压V<subgt;1</subgt;和蓄电池电压V<subgt;2</subgt;之间，包括第一滤波电容C<subgt;1</subgt;和第二滤波电容C<subgt;2</subgt;、由第一开关管Q<subgt;1</subgt;、第二开关管Q<subgt;2</subgt;、第三开关管Q<subgt;3</subgt;和第四开关管Q<subgt;4</subgt;组成的第一全桥电路，由第五开关管Q<subgt;5</subgt;、第六开关管Q<subgt;6</subgt;、第七开关管Q<subgt;7</subgt;和第八开关管Q<subgt;8</subgt;组成的第二全桥电路；第一谐振电感L<subgt;r1</subgt;、第一谐振电容C<subgt;r1</subgt;、励磁电感L<subgt;m</subgt;、第二谐振电感L<subgt;r2</subgt;、第二谐振电容C<subgt;r2</subgt;和变压器T组成的谐振腔。本发明的技术方案实现了全桥逆变与半桥逆变的平滑切换，在窄开关频率范围内实现了CLLC谐振变换器的宽电压增益。
技术研发人员：陈兆岭,方伟光,陶金龙,钱达,凌辉
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23