隔离式半桥三电平双向DC/DC变换器制造技术

本实用新型专利技术隔离式半桥三电平双向DC/DC变换器，包括输入侧半桥三电平电路和输出侧半桥三电平电路，输入侧半桥三电平电路和输出侧半桥三电平电路之间通过谐振电路和高频变压器连接。其中半桥三电平电路用于整流和逆变，谐振电路用于软开关控制，高频变压器用于隔离和变压。本实用新型专利技术隔离式半桥三电平双向DC/DC变换器的优点是：由于采用了多电平技术、谐振技术和移相控制技术，可以灵活地工作在两电平和三电平状态之间，并实现开关管的软开关，有效降低开关损耗，提高工作效率。其开关管的电压应力降低了一半，增大了电路的输入电压范围。同时，减小了变换器的体积，提高变换器的功率密度和动态性能，也降低了成本。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及双向DC/DC变换器，特别涉及一种隔离式半桥三电平双向DC/DC变换器。技术背景双向DC/DC变换器具有使用功率器件少，体积小，功率密度高以及自动调节能量传输方向等优点，它已被广泛的应用在电动汽车与车载电源系统、不停电电源系统(UPS)、航空航天电源系统、燃料电池、新能源和分布式发电系统等应用场合。随着科学与生产的迅猛发展和对环境保护和节约能源的要求，对双向DC/DC变换器的需求越来越多。目前，双向DC/DC变换器的拓扑结构可分为隔离式和非隔离式的结构。近年来，半桥结构和全桥结构的双向隔离式DC/DC变换器多为两电平变换器，这种变换器具有可靠性高、结构简单的特点，但是每个开关管承受的电压应カ均为输入电压或输出电压。鉴于当前的开关管电压水平，这种结构的输入/输出电压范围相应减小，很难实现在高电压条件下的应用。在应用双向DC/DC变换器的场合中，都要求尽可能的减小变换器的体积和重量，而提高开关管的工作频率可以实现小型化的要求，所以双向DC/C变换器的高频化对于提高整个变换器的功率密度具有重要的意义。但是在提高开关频率的同时，又带来了开关管的开关损耗问题。有效降低开关损耗是双向DC/DC变换器能否高频化运行的关键。
技术实现思路
本技术的目的是克服上述缺陷，提供一种隔离式半桥三电平双向DC/DC变换器，可以在不同的输入/输出电压和负载变化的情况下，通过移相调节使系统能够传输最大功率，拓宽开关管的软开关实现范围，减小器件的电压和电流应力及器件的损耗，提高系统的效率。为达到上述目的，本技术提供的一种隔离式半桥三电平双向DC/DC变换器，包括主回路及其移相控制电路，所述主回路包括输入侧半桥三电平电路和输出侧半桥三电平电路，分别用于整流或逆变，具有相同的结构；第一谐振电路和第二谐振电路，分别用于软开关控制；高频变压器，用于隔离和变压；其中，所述输入侧半桥三电平电路的输入端与输入网侧相连，所述输入侧半桥三电平电路的输出端与所述第一谐振电路的输入端相连，所述第一谐振电路的输出端与所述高频变压器初级侧相连，所述高频变压器次级侧与所述第二谐振电路的输入端相连，所述第二谐振电路的输出端与所述输出侧半桥三电平电路的输入端相连，所述输出侧半桥三电平电路的输出端与输出网侧相连；所述输入侧半桥三电平电路内具有第一移相角，所述输出侧半桥三电平电路内具有第二移相角，所述输入侧半桥三电平电路与所述输出侧半桥三电平电路之间具有第三移相角，所述移相控制电路输出对三个移相角的控制信号。当能量从所述输入网侧流向所述输出网侧时，所述输入侧半桥三电平电路处于逆变状态，所述输出侧半桥三电平电路处于整流状态；当能量从所述输出侧流向所述输入侧时，所述输入侧半桥三电平电路处于整流状态，所述输出侧半桥三电平电路处于逆变状态。本技术隔离式半桥三电平双向DC/DC变换器，其中所述半桥三电平电路包括半桥三电平桥臂、分压电路、箝位电路和飞跨电容，其中所述输入侧半桥三电平电路包括半桥三电平桥臂、分压电路、箝位电路和高频变压器初级侧飞跨电容，其中所述半桥三电平桥臂包括依次正向串联的第一开关管、第二开关管 、第三开关管、第四开关管，所述第二开关管和第三开关管的串联中点与所述第一谐振电路相连，所述第ー开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管各自并联ー个体ニ极管和ー个寄生电容；所述分压电路包括2个电容量相等的分压电容，2个分压电容串联后并联在输入 网侧的正、负端；所述箝位电路包括正向串联的2个续流ニ极管，第一ニ极管的阴极与第一开关管和第二开关管的串联中点相连，第二ニ极管的阳极与第三开关管和第四开关管的串联中点相连；2个所述续流ニ极管的串联中点与2个所述分压电容的串联中点相连；所述高频变压器初级侧飞跨电容与所述箝位电路并联；所述输出侧半桥三电平电路包括另一半桥三电平桥臂、另一分压电路、另ー箝位电路和高频变压器次级侧飞跨电容，其中所述另一半桥三电平桥臂包括依次正向串联的另一第一开关管、另ー第二开关管、另一第三开关管、另ー第四开关管，所述另ー第二开关管和另ー第三开关管的串联中点与所述第二谐振电路相连，所述另ー第一开关管、另ー第二开关管、另ー第三开关管、另一第四开关管各自并联ー个体ニ极管和ー个寄生电容；所述另一分压电路包括另外2个电容量相等的分压电容，另外2个分压电容串联后并联在输出网侧的正、负端；所述另ー箝位电路包括正向串联的另外2个续流ニ极管，另ー第一ニ极管的阴极与另ー第一开关管和另ー第二开关管的串联中点相连，另ー第二ニ极管的阳极与另ー第三开关管和另ー第四开关管的串联中点相连；所述另外2个续流ニ极管的串联中点与所述另外2个分压电容的串联中点相连；所述高频变压器次级侧飞跨电容与所述另ー箝位电路并联。本技术隔离式半桥三电平双向DC/DC变换器，其中所述高频变压器初级侧飞跨电容的电压在稳态工作时为输入电压的一半，所述高频变压器次级侧飞跨电容的电压在稳态工作时为输出电压的一半。本技术隔离式半桥三电平双向DC/DC变换器，其中所述第一谐振电路和第二谐振电路分别为由电感和电容组成的串并联电路，包括相互串联的第一谐振电感和第一谐振电容，其串联结点为输出端。本技术隔离式半桥三电平双向DC/DC变换器，其中所述第一谐振电路和第二谐振电路分别为由电感和电容组成的串并联电路，包括相互串联的第一谐振电感和第一谐振电容，所述第一谐振电容的另一端为输出端。本技术隔离式半桥三电平双向DC/DC变换器，其中所述第一谐振电路和第二谐振电路分别为由电感和电容组成的串并联电路，包括相互串联的第一谐振电感、第一谐振电容和第二谐振电感，所述第一谐振电容与所述第二谐振电感的串联结点为输出端。本技术隔离式半桥三电平双向DC/DC变换器，其中所述第一谐振电路和第二谐振电路分别为由电感和电容组成的串并联电路，包括相互串联的第一谐振电感、第一谐振电容和第二谐振电容，所述第一谐振电容与所述第二谐振电容的串联结点为输出端。本技术隔离式半桥三电平双向DC/DC变换器，其中所述第一谐振电路和第二谐振电路分别为由电感和电容组成的串并联电路，包括相互串联的第一谐振电感、第一谐振电容、第二谐振电感和第二谐振电容，所述第一谐振电容与所述第二谐振电感的串联结点为输出端。本技术隔离式半桥三电平双向DC/DC变换器的优点和积极效果在于由于采用了多电平技术、谐振技术和移相技木，该变换器可以灵活地工作在两电平和三电平状态之间，它可以实现开关管的软开关，有效降低了开关器件的开关损耗，提高了变换器的エ作效率。其开关管的电压应力降低了一半，增大了电路的输入/输出电压范围。同时，减小了变换器的体积，提高变换器的功率密度和动态性能，也降低了成本。下面将结合实施例參照附图进行详细说明。附图说明图I是本技术隔离式半桥三电平双向DC/DC变换器的结构图；图2是本技术隔离式半桥三电平双向DC/DC变换器的电路图；图3(a)是谐振电路的第一种电路结构图；图3(b)是谐振电路的第二种电路结构图；图3(C)是谐振电路的第三种电路结构图；图3(d)是谐振电路的第四种电路结构图；图3(e)是谐振电路的第五种电路结构图；图4Ca)是在Φ > O时，单移相的工作波形；图4(b)是在Φ < O时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种隔离式半桥三电平双向DC/DC变换器，包括主回路及其移相控制电路，其特征在于：所述主回路包括：输入侧半桥三电平电路和输出侧半桥三电平电路，分别用于整流或逆变，具有相同的结构；第一谐振电路（Zp）和第二谐振电路（Zs），分别用于软开关控制；高频变压器（Tr），用于隔离和变压；其中，所述输入侧半桥三电平电路的输入端与输入网侧相连，所述输入侧半桥三电平电路的输出端与所述第一谐振电路（Zp）的输入端相连，所述第一谐振电路（Zp）的输出端与所述高频变压器初级侧相连，所述高频变压器次级侧与所述第二谐振电路（Zs）的输入端相连，所述第二谐振电路（Zs）的输出端与所述输出侧半桥三电平电路的输入端相连，所述输出侧半桥三电平电路的输出端与输出网侧相连；所述输入侧半桥三电平电路内具有第一移相角（φp），所述输出侧半桥三电平电路内具有第二移相角（φs），所述输入侧半桥三电平电路与所述输出侧半桥三电平电路之间具有第三移相角（φ），所述移相控制电路输出对三个移相角的控制信号，当能量从所述输入网侧流向所述输出网侧时，所述输入侧半桥三电平电路处于逆变状态，所述输出侧半桥三电平电路处于整流状态；当能量从所述输出侧流向所述输入侧时，所述输入侧半桥三电平电路处于整流状态，所述输出侧半桥三电平电路处于逆变状态。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程红，王聪，荆鹏辉，卢其威，邹甲，赵晓宇，王俊，杨晓辉，崔义森，沙广林，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：实用新型
国别省市：