【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及多端口dc/dc变换器，尤其是涉及基于多绕组变压器的四端口dc/dc变换器拓扑改进以及相应的软开关优化设计方法。
技术介绍
1、近年来，光伏、储能、燃料电池等分布式能源以及直流负荷发展迅速。特别是光储一体化的系统中，需要接入分布式光伏、储能以及负荷，光伏发电单元、储能单元、直流负载需要分别通过独立的变换器进行连接，变换器数量多、系统结构复杂，导致需要较多的变换环节从而降低效率、增大体积。为提高变换器的功率密度以及系统效率，针对可便捷接入多种不同能源及负荷的多端口dc/dc受到了广泛关注和研究。
2、多端口dc/dc变换器分为：非隔离型、部分隔离型、全隔离型。非隔离型和部分隔离型变换器体积较小，电压增益较小，适用于小功率的应用场景。全隔离型的各个端口均通过变压器相互隔离并且变比可灵活配置，在大功率的应用场景中受到广泛关注。此外，为进一步适应多种不同能源接入，需要对dc/dc各端口的拓扑结构进行单独设计。
3、为提高基于多绕组变压器的dc/dc变换器的效率，研究人员提出在调制上采用多重移相的方式优化效率，端口较多时，此分析和控制过程较为复杂。由于谐振型的变换器具有电磁干扰小、软开关、效率高的优点受到广泛研究。串联谐振型开环工作时，无传感器采样情况下实现宽负载范围内的电压跟随，但无法进行电压灵活调节。llc型可实现电压灵活闭环调节，但是在多绕组变压器中端口间的频率调节复杂。此外，有研究提出在各个端口增加辅助电感实现各端口的零电压开通，但是缺少详细的软开关优化设计方法。
4、基于多绕组变
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提出一种隔离型四端口谐振dc/dc变换器拓扑结构，满足功率双向流动的同时实现端口间功率解耦；基于所提出的拓扑进行时域分析建立时域模型，进而提出软开关优化设计方法。为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：
2、一种四端口谐振变换器拓扑，包括：四绕组高频变压器、四个端口对应的两电平全桥电路或者三电平半桥电路、四个端口对应的串联谐振电路；
3、所述四绕组高频变压器包含四个绕组端口，四个端口的绕组定义分别为n1、n2、n3、n4；
4、所述变换器拓扑的四个端口分别为端口1、端口2、端口3、端口4；
5、所述端口1、端口3和端口4采用三电平半桥电路，由两个桥臂串联组成，每个桥臂有两个开关器件串联组成，四个开关器件由mosfet和反并联二极管构成，两个桥臂中点通过两个钳位二极管串联相连，钳位二极管的阳极接在下桥臂的中点，钳位二极管的阴极接在上桥臂的中点，两个钳位二极管的连接点称为半桥中点，端口滤波电容由两个电容串联构成，电容串联的中点连接到半桥中点，电容的另外一点分别接在端口母线的正负上；
6、所述端口2采用两电平全桥电路，由两个桥臂并联组合，每个桥臂有两个开关器件串联组成，开关器件采用两管并联的方式，8个开关器件由mosfet和反并联二极管构成，端口滤波电容并联在桥臂两端，两个桥臂的中点间并联一个辅助电感。
7、在上述方案的基础上，所述三电平半桥端口的串联谐振电路，均由谐振电感和谐振电容组成，谐振电感由外置电感和变压器端口漏感组成；谐振电感一端接在桥臂的中点，另一端接在变压器的同名端，谐振电容一端接在半桥的中点，另一点接在变压器端口的异名端；
8、所述两电平全桥端口的串联谐振电路，均由谐振电感和谐振电容组成，谐振电感由外置电感和变压器端口漏感组成；谐振电感一端接在左桥臂的中点，另一端接在变压器的同名端，谐振电容一端接在右桥臂中点，另一点接在变压器端口的异名端。
9、进一步的，所述端口1为三电平半桥电路、所述端口3为三电平半桥电路、所述端口4为三电平半桥电路、所述端口2为两电平全桥电路；
10、四个端口对应的串联谐振电路通过四绕组变压器连接而成。
11、针对端口2的全桥拓扑中，考虑传输功率较大的情况下，器件采用两管并联的方式，增大通流能力的同时，优化通态损耗；
12、需要指出的是，端口2的桥臂中点之间并联一个辅助电感，辅助实现功率流动方向的原副边端口的零电压开通。
13、其次，采用基波同步的脉宽调制方式结合四个端口的串联谐振电路，变换器的四个端口间可实现功率解耦，满足不同功率流动模式下，任意端口间的功率传输实现解耦。
14、第二方面，提供一种电子装置，包括上述方案所述的四端口谐振变换器拓扑。
15、第三方面，为提升变换器的效率，本专利技术提出一种基于时域分析模型的软开关优化设计方法；基于所提出的四端口谐振dc/dc变换器拓扑，采用时域分析方法，推导变换器的每个工作模态下的表达式并进行数值求解为后续软开关优化设计打下基础；软开关优化设计方法包括：分析各端口零电压开通实现的影响因素、谐振阻抗优化设计和辅助电感优化设计；包括下述步骤：
16、基于时域分析法对隔离型四端口谐振dc/dc变换器进行时域建模；
17、基于时域分析模型分析谐振阻抗对各端口软开关的影响机理并对其参数进行设计；
18、基于时域分析模型分析辅助电感对各端口软开关的影响机理并对其参数进行设计。
19、具体的，所述基于时域分析法对隔离型四端口谐振dc/dc变换器进行时域建模，具体步骤包括：
20、将四端口变换器的端口3和端口4等效成一个端口分析，四端口变换器进而等效成三端口变换器进行分析；
21、将三端口变换器等效成两个两端口变换器进行时域分析；
22、求解端口1和端口2的时域表达式和数值解，端口3的时域表达式和数值解。
23、具体的，所述基于时域分析模型分析谐振阻抗对各端口软开关的影响机理并对其参数进行设计，具体步骤包括：
24、基于时域分析模型，分析端口1和端口2实现零电压开通的条件，进而分析谐振阻抗对端口1、端口2实现软开关的影响因素，输入功率和输出电压的初始条件，计算得到等效到端口2的总阻抗最小值 z rmin和端口1的谐振阻抗最小值 z r1min，将端口1的谐振阻抗最小值等效到端口2上 z r12min，将 z rm本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种四端口谐振变换器拓扑，其特征在于，包括：四绕组高频变压器、四个端口对应的两电平全桥电路或者三电平半桥电路、四个端口对应的串联谐振电路；
2.根据权利要求1所述的四端口谐振变换器拓扑，其特征在于，所述三电平半桥端口的串联谐振电路，均由谐振电感和谐振电容组成，谐振电感由外置电感和变压器端口漏感组成；谐振电感一端接在桥臂的中点，另一端接在变压器的同名端，谐振电容一端接在半桥的中点，另一点接在变压器端口的异名端；
3.根据权利要求1所述的四端口谐振变换器拓扑，其特征在于，所述端口1为三电平半桥电路、所述端口3为三电平半桥电路、所述端口4为三电平半桥电路、所述端口2为两电平全桥电路；
4.根据权利要求1所述的四端口谐振变换器拓扑，其特征在于，采用基波同步的脉宽调制方式。
5.一种电子装置，其特征在于，包括任意权利要求1-4所述的四端口谐振变换器拓扑。
6.一种变换器拓扑的软开关优化设计方法，基于任意权利要求1-4所述的四端口谐振变换器拓扑，其特征在于，包括下述步骤：
7.根据权利要求6所述的软开关优化设计方法，
8.根据权利要求6所述的软开关优化设计方法，其特征在于，所述基于时域分析模型分析谐振阻抗对各端口软开关的影响机理并对其参数进行设计，具体步骤包括：
9.根据权利要求6所述的软开关优化设计方法，其特征在于，所述基于时域分析模型分析辅助电感对各端口软开关的影响机理并对其参数进行设计，具体步骤包括：
10.一种软开关优化设计装置，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种四端口谐振变换器拓扑，其特征在于，包括：四绕组高频变压器、四个端口对应的两电平全桥电路或者三电平半桥电路、四个端口对应的串联谐振电路；
2.根据权利要求1所述的四端口谐振变换器拓扑，其特征在于，所述三电平半桥端口的串联谐振电路，均由谐振电感和谐振电容组成，谐振电感由外置电感和变压器端口漏感组成；谐振电感一端接在桥臂的中点，另一端接在变压器的同名端，谐振电容一端接在半桥的中点，另一点接在变压器端口的异名端；
3.根据权利要求1所述的四端口谐振变换器拓扑，其特征在于，所述端口1为三电平半桥电路、所述端口3为三电平半桥电路、所述端口4为三电平半桥电路、所述端口2为两电平全桥电路；
4.根据权利要求1所述的四端口谐振变换器拓扑，其特征在于，采用基波同步的脉宽调制方式。
5.一种...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘建强，陆翌，陈少勇，谢浩铠，郭腾飞，倪晓军，李劲达，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：
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