一种高增益低纹波软开关双向DC-DC变换器制造技术

本发明专利技术提供了一种高增益低纹波软开关双向DC

【技术实现步骤摘要】
一种高增益低纹波软开关双向DC
‑
DC变换器


[0001]本专利技术涉及开关电源双向DC
‑
DC变换领域，特别是指一种高增益低纹波软开关双向DC
‑
DC变换器。

技术介绍

[0002]随着能源的日益紧张，当前，可再生能源的利用已经成为各个领域的重点研究方向，作为世界上最丰富的资源，光伏发电已经被列为能源发展的热门发展方向，光伏发电系统在能源利用方面有着不可替代的作用，光伏发电系统含有光伏组件、蓄电池、双向DC
‑
DC变换器、负载等结构。其中的蓄电池作为光伏发电系统中的储能单元，保障直流母线电压的稳定，既可以吸收系统中的能量，又可以向直流母线传递能量。
[0003]目前，一些电压馈电型变换器和电流馈电型变换器是较为普遍的两类变换器，但是这些变换器存在较大的输入电流纹波，降低了系统效率，另外高匝数比的变压器增加了元器件的电压应力，并且变压器设计困难，进一步降低了系统效率。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种高增益低纹波软开关双向DC
‑
DC变换器，具有增益高，纹波低的，成本低，效率高并且可以实现能量双向传输的优点，可用于光伏发电系统的场合，也适用于输出电压低的电动汽车场合。
[0005]本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种高增益低纹波软开关双向DC
‑
DC变换器，所述双向DC
‑
DC变换器的工作方式分为正向能量传输模式和反向能量传输模式；具体为：
[0007]正向能量传输时，双向DC
‑
DC变换器由交错并联BOOST电路，钳位电路，变压器和正向开关电容电路组成，交错并联BOOST电路和钳位电路连接在变压器的一次侧，变压器的二次侧连接开关电容电路；
[0008]反向能量传输时，双向DC
‑
DC变换器由反向开关电容电路和变压器、钳位电路、交错并联BUCK电路组成，反向开关电容电路连接在变压器的一次侧，变压器的二次侧连接钳位电路、交错并联BUCK电路。
[0009]具体地，所述交错并联BOOST电路，包括第一电感L1、第二电感L2、第一开关管S1，第二开关管S2，第三开关管S3，第四开关管S4，具体为：
[0010]第二电感L2的一端连接第一开关管S1的源极和第二开关管S2的漏极，第一电感L1的一端连接第三开关管S3的源极和第四开关管S4的漏极，第一开关管S1的漏极和第三开关管S3的漏极相连，第二开关管S2的源极和第四开关管S4的源极相连；第一电感L1的另一端第二电感L2的另一端相连。
[0011]具体地，所述钳位电路为钳位电容Cc。
[0012]具体地，所述正向开关电容电路，包括第一谐振电容C
1a
、第二谐振电容C
1b
和第一输出电容C
2a
、第二输出电容C
2b
，具体为：
[0013]所述第一谐振电容C
1a
和第二谐振电容C
1b
串联组成谐振电容模块，第一输出电容C
2a
和第二C
2b
串联组成输出电容模块；所述谐振电容模块和输出电容模块并联。
[0014]具体地，所述反向开关电容电路，包括第一输出电容C
2a
、第二输出电容C
2b
、第三三极管Q3和第四三极管Q4，具体为：
[0015]第一输出电容C
2a
的一端连接第三三极管Q3的漏极，第三三极管Q3的源极连接第四三极管Q4的漏极，第四三极管Q4的源极连接第二输出电容C
2b
的一端，第二输出电容C
2b
的另一端连接第三三极管Q3的漏极；所述第三三极管Q3和第四三极管Q4均为开关管。
[0016]具体地，正向能量传输时交错并联BOOST电路，在进行反向能量传输时，为交错并联BUCK电路。
[0017]具体地，能量正向传输时，第一开关管S1和第三开关管S3实现零电压开通/关断。
[0018]具体地，正向能量传输时，二次侧通过变压器的漏感和谐振电容的谐振，实现二次侧开关管的零电流关断。
[0019]具体地，正向能量传输时，二次侧实现开关管的零电流关断的方法是：谐振持续时间长度小于开关管驱动信号低电平时间。
[0020]由上述对本专利技术的描述可知，与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0021](1)本专利技术提供的一种高增益低纹波软开关双向DC
‑
DC变换器，工作方式分为正向能量传输模式和反向能量传输模式；正向能量传输时，双向DC
‑
DC变换器由交错并联BOOST电路，钳位电路，变压器和正向开关电容电路组成，交错并联BOOST电路和钳位电路连接在变压器的一次侧，变压器的二次侧连接开关电容电路；本专利技术提供的高增益低纹波软开关双向DC
‑
DC变换器能量可以双向流动，并且两种模式，均可实现软开关；此外，交错并联BOOST升压电路中的两个BOOST电路交错开启，大大减少输入电流纹波；而且开关电容对称的结构设计使得在充电电容和放电电容的纹波相互抵消，从而实现输出电压纹波减少；并且利用钳位电路能够有效抑制开关管的电压尖峰。
[0022](2)本专利技术提供的一种高增益低纹波软开关双向DC
‑
DC变换器，当正向能量传输时，变压器漏感和谐振电容发生谐振，为二次侧的开关管实现零电流关断提供条件；且变压器的漏感作为谐振电感参与副边谐振回路的谐振，因此电路不再需要吸收变压器漏感而采用的缓冲电路，减少了电路的复杂性。
[0023](3)电路中原边的第一开关管和第三开关管实现零电压开关，电路中副边的开关管实现了零电流关断，从而降低了电路的开关损耗，进一步的提升了系统效率。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例提供的高增益低纹波软开关双向DC
‑
DC变换器的主拓扑图；
[0025]图2为本专利技术实施例提供变换器的控制时序图；
[0026]图3为本专利技术实施例提供的变压器副边的谐振等效图。
[0027]图4为本专利技术实施例提供的反向能量传输，Q1
‑
Q4的工作情况。
[0028]图5为本专利技术实施例提供的正向能量传输时的模态图，其中图5(a)
‑
图5(j)分别对应第一到第十种的模态图。
具体实施方式
[0029]以下结合附图对本专利技术所述的高增益低纹波软开关双向DC
‑
DC变换器作进一步的说明。
[0030]参考图1可知，电路由交错并联BOOST电路、有源钳位电路、和开关电容回路组成，其中互补的交错并联回路使输入电流纹波降到最低，有源钳位电路吸收开关的电压尖峰，对称的开关电容回路使输出电压纹波降为最低。
[0031]一种高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高增益低纹波软开关双向DC
‑
DC变换器，其特征在于，所述双向DC
‑
DC变换器的工作方式分为正向能量传输模式和反向能量传输模式；具体为：正向能量传输时，双向DC
‑
DC变换器由交错并联BOOST电路，钳位电路，变压器和正向开关电容电路组成，交错并联BOOST电路和钳位电路连接在变压器的一次侧，变压器的二次侧连接开关电容电路；反向能量传输时，双向DC
‑
DC变换器由反向开关电容电路和变压器、钳位电路、交错并联BUCK电路组成，反向开关电容电路连接在变压器的一次侧，变压器的二次侧连接钳位电路、交错并联BUCK电路。2.根据权利要求1所述的一种高增益低纹波软开关双向DC
‑
DC变换器，其特征在于，所述交错并联BOOST电路，包括第一电感L1、第二电感L2、第一开关管S1，第二开关管S2，第三开关管S3，第四开关管S4，具体为：第二电感L2的一端连接第一开关管S1的源极和第二开关管S2的漏极，第一电感L1的一端连接第三开关管S3的源极和第四开关管S4的漏极，第一开关管S1的漏极和第三开关管S3的漏极相连，第二开关管S2的源极和第四开关管S4的源极相连；第一电感L1的另一端第二电感L2的另一端相连。3.根据权利要求1所述的一种高增益低纹波软开关双向DC
‑
DC变换器，其特征在于，所述钳位电路为钳位电容Cc。4.根据权利要求1所述的一种高增益低纹波软开关双向DC
‑
DC变换器，其特征在于，所述正向开关电容电路，包括第一谐振电容C
1a
、第二谐振电容C
1b
和第一输出电容C
2a
、第二输出电容C
2b
，具体为：所述第一谐...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾涛，张林渠，刘健豪，康沛，何良宗，李钷，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：