[发明专利]单级DAB-LLC混合型双向DC-DC变换器的拓扑结构

权利要求书

1.一种单级DAB-LLC混合型双向DC-DC变换器的拓扑结构，其特征在于，包括：

第一直流电源；

LLC串联谐振变换器，所述LLC串联谐振变换器的第一端与所述第一直流电源的正极端电连接；

所述LLC串联谐振变换器包括：

第一输入电容，所述第一输入电容的正极端与所述第一直流电源的正极端电连接；

第一开关回路，所述第一开关回路的第一端与所述第一输入电容的正极端电连接，所述第一开关回路的第二端与所述第一输入电容的负极端电连接；

谐振电路，所述谐振电路的第一端与所述第一开关回路的第三端电连接；

励磁电感，所述励磁电感的第一端与所述谐振电路的第二端电连接，所述励磁电感的第二端与所述第一开关回路的第四端电连接；

第一变压器，所述第一变压器的原边正极端与所述励磁电感的第一端电连接，所述第一变压器的原边负极端与所述励磁电感的第二端电连接；

第二开关回路，所述第二开关回路的第一端与所述第一变压器的副边正极端电连接，所述第二开关回路的第二端与所述第一变压器的副边负极端电连接；

DAB变换器，所述DAB变换器的第一端与所述LLC串联谐振变换器的第二端电连接，所述DAB变换器的第二端与所述第一直流电源的负极端电连接，所述DAB变换器的第三端与所述LLC串联谐振变换器的第三端电连接，所述DAB变换器的第四端与所述LLC串联谐振变换器的第四端电连接，所述DAB变换器用于控制电源流向和调节输出电压；

所述DAB变换器包括：

第二输入电容，所述第二输入电容的正极端与所述第一输入电容的负极端电连接，所述第二输入电容的负极端与所述第一直流电源的负极端电连接；

第三开关回路，所述第三开关回路的第一端与所述第二输入电容的正极端电连接，所述第三开关回路的第二端与所述第二输入电容的负极端电连接；

电感，所述电感的第一端与所述第三开关回路的第三端电连接；

第二变压器，所述第二变压器的原边正极端与所述电感的第二端电连接，所述第二变压器的原边负极端与所述第三开关回路的第四端电连接；

第四开关回路，所述第四开关回路的第一端与所述第二变压器的副边正极端电连接，所述第四开关回路的第二端与所述第二变压器的副边负极端电连接；

所述第一开关回路包括：

第一功率开关管，所述第一功率开关管的漏极端与所述第一输入电容的正极端电连接；

第二功率开关管，所述第二功率开关管的漏极端与所述第一功率开关管的源极端电连接，所述第二功率开关管的源极端与所述第一输入电容的负极端电连接；

第三功率开关管，所述第三功率开关管的漏极端与所述第一功率开关管的漏极端电连接；

第四功率开关管，所述第四功率开关管的漏极端与所述第三功率开关管的源极端电连接，所述第四功率开关管的源极端与所述第二功率开关管的源极端电连接；

所述谐振电路包括：

谐振电容，所述谐振电容的第一端与所述第二功率开关管的源极端电连接；

谐振电感，所述谐振电感的第一端与所述谐振电容的第二端电连接，所述谐振电感的第二端与所述励磁电感的第一端电连接；

所述第二开关回路包括：

第五功率开关管，所述第五功率开关管的源极端与所述第一变压器的副边正极端电连接；

第六功率开关管，所述第六功率开关管的漏极端与所述第五功率开关管的源极端电连接；

第七功率开关管，所述第七功率开关管的漏极端与所述第五功率开关管的漏极端电连接；

第八功率开关管，所述第八功率开关管的漏极端分别与所述第七功率开关管的源极端和所述第一变压器的副边负极端电连接，所述第八功率开关管的源极端与所述第六功率开关管的源极端电连接；

所述第三开关回路包括：

第九功率开关管，所述第九功率开关管的漏极端与所述第二输入电容的正极端电连接；

第十功率开关管，所述第十功率开关管的漏极端分别与所述第九功率开关管的源极端和所述电感的第一端电连接，所述第十功率开关管的源极端与所述第二输入电容的负极端电连接；

第十一功率开关管，所述第十一功率开关管的漏极端与所述第九功率开关管的漏极端电连接；

第十二功率开关管，所述第十二功率开关管的漏极端分别与所述第十一功率开关管的源极端和所述第二变压器的原边负极端电连接，所述第十二功率开关管的源极端与所述第十功率开关管的源极端电连接；

所述第四开关回路包括：

第十三功率开关管，所述第十三功率开关管的源极端与所述第二变压器的副边正极端电连接；

第十四功率开关管，所述第十四功率开关管的漏极端与所述第十三功率开关管的源极端电连接；

第十五功率开关管，所述第十五功率开关管的漏极端分别与所述第十三功率开关管的漏极端和所述第七功率开关管的漏极端电连接，所述第十五功率开关管的源极端与所述第二变压器的副边负极端电连接；

第十六功率开关管，所述第十六功率开关管的漏极端与所述第十五功率开关管的源极端电连接，所述第十六功率开关管的源极端分别与所述第十四功率开关管的源极端和所述第八功率开关管的源极端电连接；

第一输入端口，所述第一输入端口的第一端与所述第一输入电容的正极端电连接，所述第一输入端口的第二端与所述第一输入电容的负极端电连接；

第二输入端口，所述第二输入端口的第一端与所述第二输入电容的正极端电连接，所述第二输入端口的第二端与所述第二输入电容的负极端电连接；

输出端口，所述输出端口的第一端与输出电容的第一端电连接，所述输出端口的第二端与输出电容的第二端电连接；

所述DAB变换器控制方法：通过将输出端口的输出直流电压的给定V₂^*与实际输出端口直流采样值V₂的差值作为所述DAB变换器的输入，所述DAB变换器的输出用于调节所述第二变压器原边电压和所述第二变压器副边电压之间的移相角控制信号φ，根据移相角信号产生开关管的驱动信号，控制输出电压与功率；

拓扑结构工作过程：产生开关管的驱动信号，包括第一类型驱动信号和第二类型驱动信号；驱动信号为恒定开关频率，占空比50％；第一类型驱动信号为针对所述第一输入端口与所述输出端口连接的开关管，第一类型驱动信号包括十二个功率开关管驱动控制信号，d_Q1为所述第一功率开关管的驱动控制信号，d_Q2为所述第三功率开关管的驱动控制信号，d_Q3为所述第二功率开关管的驱动控制信号，d_Q4为所述第四功率开关管的驱动控制信号，d_S1为所述第五功率开关管的驱动控制信号，d_S2为所述第七功率开关管的驱动控制信号，d_S3为所述第六功率开关管的驱动控制信号，d_S4为所述第八功率开关管的驱动控制信号，d_S5为所述第十三功率开关管的驱动控制信号，d_S6为所述第十五功率开关管的驱动控制信号，d_S7为所述第十四功率开关管的驱动控制信号，d_S8为所述第十六功率开关管的驱动控制信号；十二个功率开关管驱动控制信号为d_Q1与d_Q3互补，d_Q2与d_Q4互补，d_S1与d_S3互补，d_S2与d_S4互补，d_S5与d_S7互补，d_S6与d_S8互补，其中，d_Q1、d_Q4、d_S1、d_S4、d_S5和d_S8的驱动信号相同；第二类型驱动信号针对所述第二输入端口，第二类型驱动信号包括四个功率开关管驱动控制信号，d_Q5为所述第九功率开关管的驱动控制信号，d_Q6为所述第十一功率开关管的驱动控制信号，d_Q7为所述第十功率开关管的驱动控制信号，d_Q8为所述第十二功率开关管的驱动控制信号；四个功率开关管驱动控制信号为d_Q5与d_Q7互补，d_Q6与d_Q8互补，其中，d_Q5和d_Q8的驱动信号相同，d_Q5和d_S5之间的相位差由φ控制；

在正向运行模式的正常负载下，所述第一功率开关管、所述第四功率开关管、所述第五功率开关管、所述第八功率开关管、所述第十三功率开关管和所述第十六功率开关管同时开通于流过所述谐振电感的电流等于所述励磁电感的电流时，所述谐振电感的电流为正弦信号，经过半个谐振周期后，所述谐振电感的电流再次等于所述励磁电感的电流，将所述第一功率开关管、所述第四功率开关管、所述第五功率开关管、所述第八功率开关管、所述第十三功率开关管和所述第十六功率开关管同时关闭；经过一段死区时间，在死区时间内所述谐振电感的电流基本不变；在所述谐振电感的电流等于所述励磁电感的电流时，所述第三功率开关管、所述第二功率开关管、所述第七功率开关管、所述第六功率开关管、所述第十五功率开关管和所述第十四功率开关管同时导通，又经过半个谐振周期，所述谐振电感的电流再次等于所述励磁电感的电流时，所述第三功率开关管、所述第二功率开关管、所述第七功率开关管、所述第六功率开关管、所述第十五功率开关管和所述第十四功率开关管同时关闭；所述第九功率开关管和所述第十二功率开关管同时开通于超前所述第一功率开关管驱动信号移相角φ，并同时关闭于超前所述第三功率开关管驱动信号移相角φ；所述第十一功率开关管和所述第十功率开关管的开通时间与所述第九功率开关管和所述第十二功率开关管的关闭时间互补；反向运行模式与正向运行模式时相同，所述第九功率开关管和所述第十二功率开关管同时在滞后所述第一功率开关管驱动信号移相角φ开通。

2.根据权利要求1所述的单级DAB-LLC混合型双向DC-DC变换器的拓扑结构，其特征在于，还包括：

输出电容，所述输出电容的第一端与所述第七功率开关管的漏极端电连接，所述输出电容的第二端与所述第八功率开关管的源极端电连接；

第二直流电源，所述第二直流电源的正极端与所述输出电容的第一端电连接，所述第二直流电源的负极端与所述输出电容的第二端电连接。