【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于双向dc-dc变换器，尤其涉及一种双向三电平clllc谐振变换器及其变模式控制方法。
技术介绍
1、dc-dc变换器主要分为非隔离型dc-dc变换器和隔离型dc-dc变换器，相比于非隔离型dc-dc变换器，隔离型dc-dc变换器由于具有高频变压器，其输出电压与输入电压变比更高，更适用于安全性需求更高的应用场合。目前，常见的隔离型dc-dc变换器有双有源桥变换器(dab)、双向llc谐振变换器以及双向clllc谐振变换器等，双向clllc谐振变换器相比于dab和双向llc谐振变换器，它的原边与副边结构对称，因此可以实现正向运行升压或降压和反向运行的升压或降压的功能，且更容易实现开关管的零电压开通(zvs)。当双向隔离型dc-dc变换器应用在高电压场合时，原边开关管在关断时漏极与源极的电压等于输入电压，因此开关管的电压应力过高，需要选择耐压值更高的开关管，然而耐压值更高的开关管的价格高且导通电阻大，这增加了变换器的导通损耗以及成本。
2、目前，针对llc谐振变换器或clllc谐振变换器的调制方法主要有脉冲频率调制(pfm)、脉冲宽度调制(pwm)以及移相调制(psm)，pfm是通过改变开关管的开关频率来调节电压增益，当变换器的负载较轻或输入电压过大时，开关频率会大于允许值，导致开关损耗的增大并且不利于变压器磁芯的设计，因此，开关频率范围的减小会造成电压增益范围的减小；pwm和psm分别是通过改变开关管驱动信号的脉冲宽度和改变原边开关管两个桥臂之间的移相角来调节电压增益，使得pwm和psm只能完成降压调节或升
3、综上所述，单一调制方式所调节的电压增益过窄，因此，为了扩大变换器的电压增益范围，陶文栋等人发表的《双向llc谐振变换器的变频-移相控制方法》中提出了pfm和psm相结合的分段控制方法，当变换器处于升压模式时采用pfm，当变换器处于降压模式时采用psm，当变换器的开关频率等于谐振频率且原边开关管两个桥臂之间的移相角为0时的状态为pfm与psm两种模式的切换点，然而当变换器采用psm时，过大的移相角会导致变换器的开关管失去zvs特性；hao tong等人发表的《a three-level llc converter with flexiblevariable-mode control for wide gain range application》中提出了一种应用于三电平llc谐振变换器上的变模态控制方法，此方法将全桥变频(fbvf)模式、移相不对称(psas)模式和多电平倍频(mfd)模式相结合，通过psas的两种子模式n-psas和p-psas实现了三种模态之间的平滑切换，因此，这种方法扩大了电压增益范围。然而，此方法的模态切换过程过于复杂且在n-psas子模式与p-psas子模式的切换中移相角的突增可能会引起系统的不稳定，这限制了其在实际工程中应用。
技术实现思路
1、本专利技术实施例提供一种双向三电平clllc谐振变换器，旨在解决两电平clllc谐振变换器的开关管高压输入时承受的电压应力过大而需要选择导通电阻过大的高耐压值的开关管和增加变换器的导通损耗的技术问题。
2、本专利技术实施例提供一种双向三电平clllc谐振变换器，所述变换器包括原边稳压电容、原边混合全桥电路、谐振腔、副边混合全桥电路和副边稳压电容，所述原边稳压电容包括电容cin1和电容cin2，所述原边混合全桥电路包括连接至所述原边稳压电容的中点o1的第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂包括原边开关管sa1、原边开关管sa2、原边开关管sa3、原边开关管sa4、原边开关管sa5和原边开关管sa6，所述第二桥臂包括原边开关管sb1、原边开关管sb2、原边开关管sb3、原边开关管sb4、原边开关管sb5和原边开关管sb6，其中，原边开关管sa5和原边开关管sa6、原边开关管sb5和原边开关管sb6分别构成三电平开关管钳位桥臂；
3、所述副边稳压电容包括电容co1和电容co2，所述副边混合全桥电路包括连接至所述副边稳压电容的中点o2的第三桥臂和第四桥臂，所述第三桥臂包括副边开关管qa1、副边开关管qa2、副边开关管qa3、副边开关管qa4、副边开关管qa5和副边开关管qa6，所述第四桥臂包括副边开关管qb1、副边开关管qb2、副边开关管qb3、副边开关管qb4、副边开关管qb5和副边开关管qb6，其中，副边开关管qa5和副边开关管qa6、副边开关管qb5和副边开关管qb6分别构成三电平开关管钳位桥臂；
4、所述谐振腔包括原边谐振电感l1、原边谐振电容c1、励磁电感lm、高频变压器tr、副边谐振电感l2和副边谐振电容c2，所述原边谐振电感l1的一端连接所述第一桥臂的中点，所述原边谐振电容c1的一端连接所述第二桥臂的中点，所述原边谐振电感l1的另一端、所述励磁电感lm和所述原边谐振电容c1依次顺序连接，所述励磁电感lm的两端并联在所述高频变压器tr的原边，所述副边谐振电感l2的一端连接所述第三桥臂的中点，所述副边谐振电感l2的另一端与所述高频变压器tr的副边的一端连接，所述副边谐振电容c2的一端连接所述第四桥臂的中点，所述副边谐振电容c2的另一端与所述高频变压器l的副边的另一端连接。
5、更进一步地，所述副边谐振电容c2和所述副边谐振电感l2折算到原边后分别与所述原边谐振电容c1和所述原边谐振电感l1相等，即c1＝c2/n2，l1＝n2l2，其中，所述高频变压器tr的匝比为n：1。
6、更进一步地，通过控制vab和vcd的有效值和频率调节变换器的电压增益，其中，电压增益m＝nv2/v1，vab表示原边混合全桥电路的输出电压和谐振腔的输入电压，vcd表示副边全桥电路的输入电压和谐振腔的输出电压，v1表示原边电压，v2表示副边电压。
7、更进一步地，所述变换器还包括电压检测电路、开关管驱动电路和控制器，所述开关管驱动电路与所述第一桥臂、所述第二桥臂、所述第三桥臂和所述第四桥臂连接，所述电压检测电路与所述原边稳压电容、所述副边稳压电容连接，所述电压检测电路、所述开关管驱动电路与所述控制器连接。
8、本专利技术实施例还提供一种双向三电平clllc谐振变换器的变模式控制方法，包括：
9、电压检测电路检测变换器原边电压v1和副边电压v2，当变换器正向运行时，原边电压v1作为输入电压而副边电压v2作为输出电压，当输入电压v1变化时，需要控制输出电压v2保持不变；
10、当变换器反向运行时，副边电压v2作为输入电压而原边电压v1作为输出电压，当输入电压v2变化时，需要控制输出电压v1保持不变；
11、当检测到原边电压v1和副边电压v2后，根据公式m＝nv2/v1得到此时变换器的电压增益，接着控制器根据电压增益的大小选择不同的调制模式，当变换器处于高增益段时，控制器选择扩展移相eps升压模式；
12、当变换器处于中增益段时，控制器选择多电平移相模式；
13、当变换器处于低增益段时，控制器选择两电平移相本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种双向三电平CLLLC谐振变换器，其特征在于，所述变换器包括原边稳压电容、原边混合全桥电路、谐振腔、副边混合全桥电路和副边稳压电容，所述原边稳压电容包括电容Cin1和电容Cin2，所述原边混合全桥电路包括连接至所述原边稳压电容的中点O1的第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂包括原边开关管Sa1、原边开关管Sa2、原边开关管Sa3、原边开关管Sa4、原边开关管Sa5和原边开关管Sa6，所述第二桥臂包括原边开关管Sb1、原边开关管Sb2、原边开关管Sb3、原边开关管Sb4、原边开关管Sb5和原边开关管Sb6，其中，原边开关管Sa5和原边开关管Sa6、原边开关管Sb5和原边开关管Sb6分别构成三电平开关管钳位桥臂；
2.如权利要求1所述的双向三电平CLLLC谐振变换器，其特征在于，所述副边谐振电容C2和所述副边谐振电感L2折算到原边后分别与所述原边谐振电容C1和所述原边谐振电感L1相等，即C1＝C2/n2，L1＝n2L2，其中，所述高频变压器Tr的匝比为n∶1。
3.如权利要求2所述的双向三电平CLLLC谐振变换器，其特征在于，通过控制VAB和VCD的有效值调
4.如权利要求1所述的双向三电平CLLLC谐振变换器，其特征在于，所述变换器还包括电压检测电路、开关管驱动电路和控制器，所述开关管驱动电路与所述第一桥臂、所述第二桥臂、所述第三桥臂和所述第四桥臂连接，所述电压检测电路与所述原边稳压电容、所述副边稳压电容连接，所述电压检测电路、所述开关管驱动电路与所述控制器连接。
5.一种双向三电平CLLLC谐振变换器的变模式控制方法，其特征在于，应用于权利要求1-4中任一项所述的双向三电平CLLLC谐振变换器，包括：
6.如权利要求5所述的双向三电平CLLLC谐振变换器的变模式控制方法，其特征在于，采用定频变占空比或定频移相方式来调节电压增益，使开关管的开关频率fs固定在谐振频率处，即
7.如权利要求5所述的双向三电平CLLLC谐振变换器的变模式控制方法，其特征在于，在EPS升压模式下，所述第一桥臂、所述第二桥臂、所述第三桥臂和所述第四桥臂的钳位开关管Sa5、Sa6、Sb5、Sb6、Qa5、Qa6、Qb5、Qb6处于关断状态，原边开关管Sa1、Sa2、Sb3、Sb4驱动信号相同，原边开关管Sb1、Sb2、Sa3、Sa4驱动信号相同，副边开关管Qal、Qa2驱动信号相同，副边开关管Qa3、Qa4驱动信号相同，副边开关管Qbl、Qb2驱动信号相同，副边开关管Qb3、Qb4驱动信号相同；
8.根据权利要求7所述的双向三电平CLLLC谐振变换器的变模式控制方法，其特征在于，VAB的电压只有V1与-V1两种状态，VCD的电压由V2、0、-V2三种状态，VAB的有效值为V1，VCD的有效值随着副边内移相角δ的增大而减小，EPS模式下变换器的电压增益大于1，控制副边与原边之间的移相角为0.5δ。
9.根据权利要求8所述的双向三电平CLLLC谐振变换器的变模式控制方法，其特征在于，当副边内移相角δ为0时，变换器的电压增益为1，此时变换器处于EPS升压模式与多电平移相模式之间的临界状态，若变换器的电压增益继续减小，则控制器选择多电平移相模式；
10.根据权利要求9所述的双向三电平CLLLC谐振变换器的变模式控制方法，其特征在于，当Δd增大到开关周期的四分之一时达到其最大值，此时变换器为多电平移相模式与两电平移相模式的临界状态，若变换器的电压增益继续减小，则控制器选择两电平移相模式，将Sb2和Sb3的导通信号整体向右移相θ角度，同时令Sb1和Sb4的延迟d时间段关断，使得Sb1和Sb2同时关断且Sb3和Sb4同时关断，其中，θ角度对应的时间段长度与d相等。
...【技术特征摘要】
1.一种双向三电平clllc谐振变换器，其特征在于，所述变换器包括原边稳压电容、原边混合全桥电路、谐振腔、副边混合全桥电路和副边稳压电容，所述原边稳压电容包括电容cin1和电容cin2，所述原边混合全桥电路包括连接至所述原边稳压电容的中点o1的第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂包括原边开关管sa1、原边开关管sa2、原边开关管sa3、原边开关管sa4、原边开关管sa5和原边开关管sa6，所述第二桥臂包括原边开关管sb1、原边开关管sb2、原边开关管sb3、原边开关管sb4、原边开关管sb5和原边开关管sb6，其中，原边开关管sa5和原边开关管sa6、原边开关管sb5和原边开关管sb6分别构成三电平开关管钳位桥臂；
2.如权利要求1所述的双向三电平clllc谐振变换器，其特征在于，所述副边谐振电容c2和所述副边谐振电感l2折算到原边后分别与所述原边谐振电容c1和所述原边谐振电感l1相等，即c1＝c2/n2，l1＝n2l2，其中，所述高频变压器tr的匝比为n∶1。
3.如权利要求2所述的双向三电平clllc谐振变换器，其特征在于，通过控制vab和vcd的有效值调节变换器的电压增益，其中，电压增益m＝nv2/v1，vab表示原边混合全桥电路的输出电压和谐振腔的输入电压，vcd表示副边全桥电路的输入电压和谐振腔的输出电压，v1表示原边电压，v2表示副边电压。
4.如权利要求1所述的双向三电平clllc谐振变换器，其特征在于，所述变换器还包括电压检测电路、开关管驱动电路和控制器，所述开关管驱动电路与所述第一桥臂、所述第二桥臂、所述第三桥臂和所述第四桥臂连接，所述电压检测电路与所述原边稳压电容、所述副边稳压电容连接，所述电压检测电路、所述开关管驱动电路与所述控制器连接。
5.一种双向三电平clllc谐振变换器的变模式控制方法，其特征在于，应用于权利要求1-4中任一项所述的双向三电平clllc谐振变换器，包括：
6.如权...
【专利技术属性】
技术研发人员：毕恺韬，谢明海，李建飞，刘金明，李冰，刘德龙，李丹，
申请(专利权)人：上能电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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