[发明专利]一种有源钳位隔离双向谐振型变换器及其调制方法

说明书

本发明提供了一种有源钳位隔离双向谐振型变换器及其调制方法，输入电容的正极分别与母线电容的第一端、磁性元件的第一输入端连接，输入电容的负极与第一开关管的第一端连接，第一开关管的第二端分别与第二开关管的第一端、磁性元件的第二输入端连接，第二开关管的第二端与母线电容的第二端连接；磁性元件的第一输出端分别与辅助电感的第一端、谐振电容的第一端连接，磁性元件的第二输出端分别于辅助电感的第二端、第四开关管的第一端、输出电容的负极连接，第四开关管的第二端分别于第三开关管的第一端、谐振电容的第二端连接，第三开关管的第二端与输出电容的正极连接；减小了变换器的体积重量和能量损耗，减少了变换器副边的高次谐波成分。

技术领域

本发明涉及谐振变换器的拓扑构造与调制技术领域，特别涉及一种有源钳位隔离双向谐振型变换器及其调制方法。

背景技术

在能源危机的影响下，电力电子变换器有着高转换效率和高功率密度的需求，谐振变换器因其软开关的能力被广泛应用。在航空航天电源系统、新能源发电系统、电动汽车系统、不停电电源系统等技术领域的应用中，出于降低系统的体积重量及成本的需求，需要采用双向直流变换器。而处于安全性的考虑，通常采用变压器对变换器原副边进行电气隔离。

传统的隔离型双向直流变换器，包括正激双向直流变换器、反激双向直流变换器和推挽双向直流变换器。正激双向直流变换器和反激双向直流变换器的电路结构简单且成本低，但开关管电压应力较高，适合于小功率场合；推挽双向直流变换器的变压器磁芯为双向磁化，传输的功率比正激双向直流变换器要大，但是开关管电压应力也较高，适合于中低压大功率场合。

双有源桥式双向直流变换器是隔离双向直流变换器的典型解决方案之一，这类变换器由两个全桥变换单元、能量传输电感以及隔离变压器构成。传统的双有源桥式双向直流变换器通常采用移相控制，控制方式简单，通过调节移相角实现功率的双向流动，且可以实现开关管的软开关；原副边的全桥结构可以降低开关管的电压电流应力，在中大功率场合得到了广泛应用。但是，采用移相控制时，变换器中存在循环能量，环流损耗较大，影响变换器的传输效率；在较宽输入或输出电压范围内，轻载时不能实现软开关，效率较低。

然而传统的谐振变换器的缺点越来越明显了，例如尺寸相对较大、损耗大，功能单一等，工作在脉冲频率调制模式，当调压方位较宽时，开关频率也需要宽范围调节，这会增加磁性元件数量和驱动电路的控制难度。此外，当开关频率大成都偏离谐振频率时，变换器会产生的电流含有较多高次谐波，对电网污染大，从而增加能量损耗。

且谐振变换器一般采用变频控制(pulsefrequency modulation，简称PFM)来实现稳压稳流的闭环控制。采用PFM控制的谐振变换器具有以下四个劣势：第一、PFM控制可能会导致工作范围频率过宽甚至是无法实现稳压稳流的需求；第二、PFM控制对磁性元件也提出了一定的挑战，无法做到全工作范围的效率最优；第三、变换器开关频率范围宽造成反馈控制环路难以设计；第四、加大产品抑制电磁干扰(electromagnetic interference简称EMI)的滤波器的设计难度。

发明内容

本发明提供了一种有源钳位隔离双向谐振型变换器及其调制方法，其目的是为了有效减小变换器的体积重量和能量损耗，减少变换器副边的高次谐波成分以及对电网的影响，降低绕组损耗。

为了达到上述目的，本发明提供了一种有源钳位隔离双向谐振型变换器，包括：输入电容、母线电容、第一开关管、第二开关管、磁性元件、辅助电感、谐振电容、第三开关管、第四开关管和输出电容；

输入电容的正极分别与母线电容的第一端、磁性元件的第一输入端连接，输入电容的负极与第一开关管的第一端连接，第一开关管的第二端分别与第二开关管的第一端、磁性元件的第二输入端连接，第二开关管的第二端与母线电容的第二端连接；