[发明专利]波动电能回收的高精度DC/DC变换器

说明书

技术领域

 本发明涉及一种DC/DC变换器，具体是输入电压可变化的、高频的、串联谐振软开关的、高精度的、用于波动电能回收的DC/DC变换器。

背景技术

光伏电能、风能或电动汽车等的能量回收系统，都随着外界因素(如温度、光照强度、风速、发动机转速等)的变化而波动，不便于直接回收、存储、利用。DC/DC变换器是一种是用半导体开关器件，配合电感、电容器、变压器等器件，通过控制半导体开关器件的快速导通、关断来控制输出直流电压的变换电路，其功能是将不稳定、不可控的直流电压变换为满足系统要求的、可控的直流电压。目前，常用的DC/DC变换器采用Boost/Buck电路拓扑，对直流电压进行升压或降压变化。但是，Boost/Buck电路拓扑有如下缺点：升压或降压幅度有限，当大幅度变压时，很难控制开关器件的通断，且输出的电压易不稳定；输入侧电压有波动时，控制策略较为复杂、难以实现。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提出一种高精度串联谐振DC/DC变换器。该变换器可适应较宽的输入侧电压变化，采用高频隔离变压器隔离、变压，输出侧电压可实现大幅度变压。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：输入侧稳压电容器、单极高频逆变器、可调式串联谐振电路、高频变压器、高频可不控整流器、输出侧稳压电容器，依次顺序连接组成。

所述的输入侧稳压电容器用于稳定输入侧直流电压。

所述的单极高频逆变器包括：第一高频开关、第一高频二极管、第二高频开关、第二高频二极管。第一高频开关与第一高频二极管反并联和第二高频开关与第二高频二极管反并联后串联连接，第二高频开关与第二高频二极管反并联后与可调式串联谐振电路并联连接。

进一步地，单极高频逆变器采用离散的控制方式，根据开关管不同的导通方式，逆变器的输出有3种状态，分别称之为正向谐振、自由谐振、和反向谐振。正向谐振是单极高频逆变器输出的脉冲电压方向与谐振电流方向相同，对谐振电流起到加强作用，称之为正向谐振；单极高频逆变器输出脉冲电压为零，对谐振电流无影响，称之为自由谐振；单极高频逆变器输出的脉冲电压方向与谐振电流方向相反，使得谐振电流减弱，称之为反向谐振。

进一步地，单极高频逆变器的3种离散控制状态都在谐振电流的过零点切换开关管的状态，以使得开关损耗为零，开关频率与第三高频开关关断时的串联谐振频率始终保持相同，3种离散控制状态的作用周期设定为第三高频开关关断时的串联谐振周期的一半，且正向谐振只能在谐振电流的正半周、反向谐振只能在谐振电流的负半周、自由谐振能够在谐振电流的整个周期，正向谐振和反向谐振不能在一个串联谐振周期内连续出现，正向谐振或反向谐振的下一个状态强制设定为自由谐振。

进一步地，单极高频逆变器的第一高频开关和第二高频开关不能同时导通，正向谐振状态的开关导通方式为：谐振电流正半周，导通第一高频开关和关断第二高频开关；自由谐振状态的开关导通方式为：导通第二高频开关和关断第一高频开关；反向谐振状态的开关导通方式为：谐振电流负半周，关断第一高频开关和第二高频开关，第一高频二极管导通使得可调式串联谐振电路向单极高频逆变器输入侧回馈电能。

所述的可调式串联谐振电路包括：第一谐振电容器、第二谐振电容器、第三高频开关、谐振电感、高频变压器的漏感，第二谐振电容器与第三高频开关串联后和第一谐振电容器并联，谐振电感、高频变压器与之串联连接。

进一步地，第三高频开关导通时，第一谐振电容器与第二谐振电容器并联作为可调式串联谐振电路的谐振电容，谐振电容的容量增加，谐振周期增大，控制策略不变，高频逆变器的3种离散状态仍按第三高频开关关断时的谐振周期的一半作为作用周期，仍在谐振电流的过零点切换开关管的状态，正向谐振或反向谐振状态结束时下一个谐振电流过零点还未到来，下一个串联谐振半周期强制为自由谐振状态，关断第一高频开关、导通第二高频开关提前进入自由谐振状态。通过第三高频开关调节谐振电容器的容量对输出侧直流电压微调、精度更高。