[发明专利]一种双向L-LLC谐振直流-直流变换器

说明书

本发明公开了一种双向L‑LLC谐振直流‑直流变换器，本发明的双向L‑LLC谐振直流‑直流变换器包括：原边变换单元、副边变换单元、谐振电感、谐振电容、辅助谐振支路和变压器；本发明的变换器正向传递能量或者反向传递能量，所有的谐振元件都位于变压器的一侧，并且只有三个谐振元件参与谐振过程，简化了谐振参数的设计；相比现有技术的L‑LLC谐振直流‑直流变换器，由于可选择在变换器反向传递能量时将辅助开关关断，从而将辅助电感从主回路中脱离，从而降低辅助电感带来的损耗，提升变换器效率；此外，也可以在轻载情况下选择开通辅助开关，利用辅助电感改善副边变换单元的开关桥臂的软开关条件，从而降低开关损耗，提升变换器效率。

技术领域

本发明属于双向直流-直流变换器，具体而言，是一种高效率的L-LLC谐振直流-直流变换器，适合应用于储能以及新能源发电等应用领域。

背景技术

随着世界能源资源的紧缩以及环境污染的加重，对于新能源的开发利用已经成为人类急需解决的问题。对于可再生能源而言，如何将这些新能源并网发电，变换为用户可以直接利用的电能，是分布式发电领域主要的研究方向。由于分布式能源其自身并没有能量储存的功能，因此现今分布式发电系统大多数都是含有辅助存储系统，从而形成含有储能系统的复合式发电系统。

对于辅助储能系统，如若采用不隔离型变换器拓扑，在输出输入电压相差较大的时候，变换器的调压范围以及工作效率不是很理想且存在安全隐患。例如，运用在新能源并网发电过程中由于电路非隔离特性以及光伏板对地之间电容的存在，逆变电路工作过程中容易受到共模干扰等影响。同时，对于直流-直流变换器电路中器件的电流电压应力要求较高。

进一步，在某些应用领域，需要变换器具有能量双向流动的能力，如储能用直流-直流变换器或电动汽车里的直流-直流变换单元。

隔离型LLC谐振直流-直流变换器由于能实现原副边器件软开关从而实现高效率、高功率密度而得到广泛应用。图1为一种现有结构能实现能量双向流动的变结构LLC拓扑，即所谓的CLLC谐振直流-直流变换电路。图1所示CLLC谐振直流-直流变换电路包括：

第一直流源V1，在能量正向流动时提供正向直流电压；

原边谐振单元，包括开关管Q1～Q4，谐振电感Lr1，谐振电容Cr1；

变压器T，包括原边绕组和副边绕组，提供励磁电感Lm，并起到电压变换、隔离以及能量隔离传输作用；

副边谐振单元，包括开关管Q5～Q8，谐振电感Lr2，谐振电容Cr2；

第二直流源V2，在能量正向流动时提供反向直流电压；

所述CLLC谐振直流-直流变换电路中，所述第一直流源V1的正极和所述开关管Q1、Q3的漏极连接，所述开关管Q1的源极与所述开关管Q2的漏极以及所述谐振电感Lr1的第一端连接，所述谐振电感Lr1的第二端与谐振电容Cr1的第一端连接，所述谐振电容Cr1的第二端与所述变压器T原边绕组的同名端连接，所述开关管Q3的源极与所述开关管Q4的漏极以及变压器T原边绕组的异名端连接，所述开关管Q2、Q4的源极与所述第一直流源V1的负极连接。所述变压器T副边绕组的同名端与谐振电感Lr2的第一端连接，所述谐振电感Lr2的第二端与所述谐振电容Cr2的第一端连接，所述谐振电容Cr2的第二端与所述开关管Q7的源极以及开关管Q8的漏极连接，所述开关管Q5、Q7的漏极与所述第二直流源V2的正极连接，所述开关管Q5的源极与所述开关管Q6的漏极以及所述变压器T副边绕组的异名端的连接，所述开关管Q6、Q8的源极与所述第二直流源V2的负极连接。

然而，从图1可以看到，所述CLLC谐振直流-直流变换电路具有两个谐振腔：由谐振电感Lr1和谐振电容Cr1构成的原边谐振腔，以及由谐振电感Lr2和谐振电容Cr2构成的副边谐振腔。在电路正向传递能量和反向传递能量时，两个谐振腔都会流过功率，一方面降低了电路的效率，另一方面两个谐振腔的存在使得谐振腔的参数难以设计。