[发明专利]一种耦合电感型开关准Z源双向直流变换器

说明书

一种耦合电感型开关准Z源双向直流变换器，包括：低压侧滤波电容C_low、高压侧滤波电容C_high、储能电容C₁、储能电容C₂、功率开关管Q₁、功率开关管Q₂、功率开关管Q₃、耦合电感的第一相电感L₁和第二相电感L₂。本申请提供的一种耦合电感型开关准Z源双向直流变换器，利用开关准Z源结构实现较宽的电压增益范围，以满足变换器输入与输出端的电压匹配需求；并且通过对开关准Z源网络中的电感进行耦合设计，减小电感的自感量与磁芯体积，从而提高系统功率密度，满足不同场景下的储能装置使用需求。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种耦合电感型开关准Z源双向直流变换器。

背景技术

在电动汽车的能量源系统以及直流微电网等应用背景中，通过双向直流变换器实现储能单元与直流母线间的双向功率传输，因此双向直流变换器的电压增益范围、功率密度等特性直接影响着系统的运行性能。双向直流变换器可分为隔离和非隔离型。隔离型双向直流变换器可以调节变压器的匝比实现较高的电压增益，但往往电路结构复杂，所需元器件数量较多，变换器体积、重量也相对较大。非隔离型双向直流变换器所含器件较少，成本较低，其拓扑结构与控制策略相对简单，根据电路结构可分为多电平型、开关电容型、开关电感型、耦合电感型、准Z源型等。

非隔离型双向直流变换器中，多电平型直流变换器能够实现较宽的电压增益范围，但是存在电压平衡的问题，需要额外的硬件回路进行平衡控制以确保变换器的稳定安全运行。开关电容型直流变换器中通过开关电容间的能量传递能够显著抬升输出电压，实现较高的电压增益。但是此类拓扑中开关电容充放电回路闭合瞬间，电容并联时电压差产生的冲击电流不仅会造成较大的损耗与电磁噪声，还可能损坏电路中的元器件。开关电感型直流变换器能够实现较高升压增益，但是由于所需要的功率开关和无源器件较多，限制了变换器功率密度与运行效率的提升。耦合电感型直流变换器中通过采用磁集成技术对电路中的电感进行耦合，通过合理设计耦合电感参数能够拓宽变换器的电压增益范围，或实现抑制电感电流纹波、减小磁元件体积的效果。并且将耦合电感与上述几种类型的拓扑相结合，可进一步提升变换器的综合性能。Z源直流变换器能够实现较宽的电压增益范围，但输入与输出端不共地的结构会带来电磁干扰问题。在此基础上衍生而来的准Z源型双向直流变换器输入输出共地，但高压侧功率开关的电压应力较高。开关准Z源双向直流变换器具有较低的元器件电压应力与宽电压增益的特性，但变换器中含有两个电感磁芯，总电感体积较大。

因此，为充分利用储能装置的容量，并且使能量源系统同时具有较好的运行性能与较小的系统体积和重量，需要提供一种具有宽电压增益范围、低电压电流应力、高功率密度的双向直流变换器。

发明内容