[发明专利]一种拓扑变换型多谐振元件谐振软开关直流变换器

说明书

本发明公开了一种拓扑变换型多谐振元件谐振软开关直流变换器，由依次连接的桥式逆变电路、拓扑变换型多元件谐振电路和二极管整流电路组成，变换器由所述桥式逆变电路输入，经拓扑变换型多元件谐振电路作用后从二极管整流电路输出；桥式逆变电路可根据开关管的切换实现半桥与全桥的切换；拓扑变换型多元件谐振电路中包括两个变压器，以有效拓宽变换器的功率传输能力；拓扑变换型多元件谐振电路可通过辅助开关实现LCLCL谐振电路与CLTCL谐振电路的切换；同时可以实现开关管的零电压开通、后级整流电路二极管的零电流关断(ZCS)，并可以减小环流，提高了变换器的效率和容量，具有输入输出电压宽范围可调节和过流保护的优点。

技术领域

本发明涉及一种谐振软开关型直流变换器，具体是一种高效、宽电压范围的拓扑变换型多谐振元件谐振软开关直流变换器。

背景技术

小型风力发电是一种有潜力的户用可再生能源发电系统，它具有易于安装、功率等级灵活多变、维护费用低等优越特性。相对于离网小型风力发电系统，并网小型风力发电系统具有更为广泛的应用领域，并网小型风力发电系统可以将风能转换为交流能量。然而，由于小型风力发电系统中存在低平均风速与明显波动的问题，该系统将很难维持稳定并网输出。产生这种问题的主要原因是不能提供足够大的电压增益，因为在低风速的情况下，变换器前端滤波器的输出电压，即使是并网逆变器最小电压的要求，也很难达到。

目前有关文献已经讨论了上述小型风力发电所涉及的问题，选择使用单级高电压增益整流器和存储分支的方法解决，使系统具有高电压增益、高风速保护等优点。但是，对小型风力发电系统引入额外的存储设备，会提高其整体成本。因此需要对小型风力发电系统进行合理设计降低成本。对于没有储能装置的小型风力发电系统，系统大多采用经典的三级架构。整流输出直流电压由升压变换器进行进一步提升，以满足逆变器的电压需求，使小型风力发电系统能够进行并网发电。但是，这种拓扑的缺点是显而易见的，中间级升压变换器带来很大的功率损耗，特别是在高电压增益的情况下，会严重影响并网效率。因此，高效率DC-DC变换器对于小型风力发电系统效率提高具有相当大的意义。

作为一种普遍的DC-DC变换器，谐振变换器以其高效率而闻名，并且提供电隔离，这为小型风力发电系统效率低的问题提供了解决办法。

在目前研究文献中，涉及到几种升压谐振变换器。其中有文献指出在LLC谐振变换器的基础上通过适当的参数设计可以实现高效转换，并对LLC谐振变换器的工作模态进行详细的分析和研究。讨论了优化的参数设计方法，实现了LLC谐振变换器的高效率。但是，研究表明LLC谐振变换器拓扑结构的效率和电压增益范围之间存在固有的矛盾，因此，该文献指出变换器的输入电压范围(25-38V)对于小型风力发电系统来说是不够宽泛的。因此为解决上述问题，研究人员提出了双变压器结构LLC谐振变换器。变换器在额定工作点周围作为普通的LLC谐振变换器工作，辅助变压器不参与工作。仅在输入电压不足的情况下，辅助变压器参与工作，辅助变压器的输出电压叠加在LLC的输出电压上，因此在输入电压不足时保证了高电压增益。但是，该电路拓扑的输入电压范围依然不够宽泛。研究人员在上述研究成果的基础上进一步研究，继续延用双变压器拓扑结构，通过调整等效的励磁电感，变换器可实现2.1至8.4的宽电压增益范围，实现210V恒定输出。在额定工作点附近，变换器作为普通LLC工作，其等效励磁电感值很小，可实现高电压增益；而对于较高的输入电压情况，辅助变压器参与工作，增加等效励磁电感，从而抑制传导损耗。变换器可以在非常窄的频率范围内工作，避免了高频损耗。但是，该变换器无法实现降压变换。此外，用于控制辅助变压器的辅助开关布置在初级低压侧，其中初级电流比次级侧的电流大得多，会产生较大的初级导通损耗。因此，根据上述研究讨论，可知适用于小型风力发电的谐振变换器必须具有大的电压增益范围，高效率的特点。

发明内容