[发明专利]一种双有源桥集成倍流整流三端口拓扑结构及其控制方法

说明书

本发明公开了一种双有源桥集成倍流整流三端口拓扑结构及其控制方法，属于车载集成电源系统中的电力电子变换器技术领域，该控制方法基于双有源桥集成倍流整流三端口直流电路，通过第四开关管Q₄滞后第一开关管Q₁的内移相角度控制A、C端口间的功率传递，通过第五开关管Q₅和第八开关管Q₈滞后第四开关管Q₄的外移相角度控制A、B端口间的功率传递，第九开关管Q₉滞后第二开关管Q₂一个谐振延时，第十开关管Q₁₀滞后第一开关管Q1一个谐振延时。本发明中的十个开关管均可实现零电压开通，通过移相角实现了三个端口间连续的能量传递，控制简单且易于实现，有效避免了部分方案中断路器带来的体积大、损耗大和控制不连续等问题。

技术领域

本发明涉及车载集成电源系统中的电力电子变换器领域，尤其是一种双有源桥集成倍流整流三端口拓扑结构及其控制方法。

背景技术

目前，许多有关电动汽车的核心技术都在快速发展，其中就包括电动汽车的关键部件-车载电池充电器(OBC)和低压DC-DC变换器(LDC)，典型的OBC以交流电网为输入，向宽电压范围的高压电池进行充电，并通过隔离拓扑实现电网和电池之间的电气隔离，典型的LDC则以高压电池作为输入，向车内用电设备和低压电池提供电能，采取隔离变压器实现电气隔离。考虑到OBC和LDC对电池寿命以及电池充放电性能的直接影响，OBC和LDC在保证可靠性的情况下，还要保证足够高的效率，除此之外，OBC以及LDC的体积和重量也要得到控制，不能过大影响到汽车其他部件的需求。

而随着电动汽车核心技术的快速发展，人们对OBC提出了越来越高的技术要求：使其具备双向功率传输的功能，能够通过电动汽车将更多的智能功能整合到电网中(V2G)，比如峰值切换、频率调节等，或者汽车用户可以利用双向OBC将电动汽车中电池储存的电能用于其他目的，比如在断电期间为家庭日常生活供电(V2H)，又或者将OBC前级与燃料电池相接，实现多能源互补供电，燃料电池能量密度高、燃料来源多样化且补充燃料速度快，能够改善电动汽车续航问题。

显而易见，在对提出了新的技术要求后，继续保持其原本需求的高可靠性、高效率、高功率密度以及轻量化就面临了一些技术、成本等方面的问题。因此，通过集成手段实现高效率、高功率密度以及轻量化来适应电动汽车发展是有必要的。

近年来，将OBC与LDC相集成的三端口拓扑得到了较为广泛的应用，考虑到OBC高压大功率与LDC低压大电流的基本特点，其中典型拓扑包括三全桥电路、三半桥电路、双有源桥集成全波整流加Buck电路、双半桥集成Buck/Boost半桥电路，并常在以上电路中应用移相控制、变频控制、PWM控制等，且部分方案还会采用继电器控制模式切换。在拓扑选择方面，全桥拓扑虽然适合大功率场合，但在OBC-LDC集成电路中LDC模式属于低压大电流的情况，且功率并不大，因此采用三全桥拓扑不但没有优势，反而会增加成本。半桥拓扑所用开关数量较少，有助于提高功率密度，但是与全桥拓扑相比，相同功率下半桥拓扑原副边电流都是全桥拓扑中的二倍，所以开关管、谐振元件及变压器绕组的电流应力大约是全桥拓扑的二倍，在目前以更大功率等级为发展目标的情况下使得其器件选型困难，因此三半桥电路及双半桥集成相关拓扑均不适合OBC-LDC集成电路OBC模式的应用场合。

因此，有必要研发一种较为合适的集成拓扑，以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种双有源桥集成倍流整流三端口拓扑结构及其控制方法，不仅能够使拓扑结构较现有方案具有较大优势，还能够避免出现部分方案中利用继电器进行模式切换带来的体积较大、效率较低和控制不连续的问题，能够同时实现全部开关管的软开关。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：