[发明专利]基于三绕组变压器的双向隔离DC/DC变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力电子变换器领域，尤其涉及一种双向隔离DC/DC变换器。

背景技术

随着新能源发电、微电网及电动/混合动力汽车的快速发展，双向DC/DC变换器应用得越来越广泛。双向DC/DC变换器可作为两个不同电压等级电气系统之间的联系桥梁，同时还可以实现两者之间双向流动的能量管理。

在现代功率变换技术中，电力电子变换器的高效率、高功率密度特性越来越重要。为了提高变换器的体积，简单直接的方法就是通过提高变换器的工作频率来减小无源器件的体积。然而，随着工作频率的提高，变换器的开关损耗也会变得更大，系统的效率将会受到很大的影响，同时系统的EMI特性也会变得很差。因此，为了同时实现系统的高效率和高功率密度，保证变换器软开关运行变得非常重要。特别对于接入新能源和储能系统的双向DC/DC变换器，其输入电压波动范围比较宽，同时其工作的负载范围比较宽，有些场合负载范围甚至是从空载到满载。因此，为了保证系统的效率与功率密度，能实现宽输入电压范围下全程ZVS软开关的双向DC/DC变换器变得越来越重要。

在现有的双向DC/DC变换器中，最具有代表性的是双有源桥双向DC/DC变换器（Dual Active Bridge，DAB），它具有许多优点，包括可控的双向能量流动、易实现ZVS、较低的元件电压电流应力和高功率密度等。双有源桥双向DC/DC变换器在混合动力汽车和电动汽车、直流电源和分布式发电系统、不间断电源、能量存储系统和直流源系统之间的双向能量管理等许多场合都得到了广泛的应用。然而，在宽电压输入范围下，传统的双有源桥DC/DC变换器软开关范围会显著缩小，特别是变换器工作在轻载或者空载的时候，系统很难实现ZVS软开关。事实上，变换器在实际运行中，为了实现ZVS软开关，必须有一个最小的ZVS电感电流，当考虑这个最小ZVS电流时，传统的DAB变换器在宽输入电压范围或者轻载时的软开关范围会更小。为了扩大宽输入电压范围下的ZVS软开关范围，一些学者降低变压器的励磁电感值或者并联一个换流电感，通过增加无功电流来改善变换器轻载的ZVS软开关条件。但是，这个无功电流是不可控的，特别是当变换器工作在较重载时，这个无功电流是多余的，降低了变换器整机效率。通过增加谐振网络也可拓宽ZVS软开关范围，可是变频控制对控制及磁性元器件的设计提出了更高的要求。

发明内容

为了克服现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种在宽电压输入范围下能实现全程ZVS软开关、导通损耗小、效率高的基于三绕组变压器的双向隔离DC/DC变换器拓扑。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明所述变换器包括一个有源全桥单元、两个并联的对称半桥单元和一个三绕组高频变压器串联移相电感网络单元；

所述有源全桥单元，包括第一功率开关管S₁、第二功率开关管S₂、第三功率开关管S₃、第四功率开关管S₄和第一电容C₁；其中，第一功率开关管S₁和第三功率开关管S₃的漏极分别与前级电压源V_p的正极连接；第二功率开关管S₂和第四功率开关管S₄的源极分别与前级电压源V_p的负极连接；第一功率开关管S₁的源极与第二功率开关管S₂的漏极相连，第三功率开关管S₃的源极与第四功率开关管S₄的漏极相连；第一电容C₁的一端与前级电压源V_p的正极连接，第一电容C₁的另一端与前级电压源V_p的负极连接；