[发明专利]一种双向隔离型DC/DC变换器

说明书

本发明提供了一种双向隔离型DC/DC变换器及控制方法，包括：至少2台LLC谐振变换器单元；LLC谐振变换器单元包括两个开关网络和一个谐振单元；谐振单元包括谐振电容、谐振电感和变压器，第一开关网络的第一接口与谐振电容、谐振电感以及变压器的一个绕组串联后连接至第一开关网络的第二接口，变压器的另一个绕组的两端分别与第二开关网络的两个接口相连；所有LLC谐振变换器单元分两类，所有一类LLC谐振变换器单元的第一开关网络与所有二类LLC谐振变换器单元的第二网络进行串联，所有一类LLC谐振变换器单元的第二开关网络与所有二类LLC谐振变换器单元的第一网络进行并联。能实现双向的增益和效率一致以及平滑的功率换向。

技术领域

本发明涉及DC/DC变换器技术领域，尤其涉及一种双向隔离型DC/DC变换器。

背景技术

隔离型DC/DC变换器中无源器件的尺寸可随着开关频率的不断提高大大降低，但是其开关损耗却会大幅增加。作为隔离型DC/DC变换器的一种典型拓扑，单向功率流动的LLC谐振变换器在全负载范围内可以实现变压器原边开关管的零电压开关和副边开关管的零电流开关，从而减小开关损耗、提高了转换效率、降低了电磁干扰。由于具备以上优点，LLC谐振变换器被广泛应用于单向功率流动的场合，以实现更高的功率密度。同时，LLC谐振变换器在功率正向流动和功率反向流动时存在不同的谐振特性，因此很少直接用于功率双向流动的场合。在功率双向流动的场合，一般采用两种方式来实现高效的功率传输：一种是采用CLLC或CLLLC等双向谐振拓扑来实现高效的功率流动，但是这种方法存在的缺点就是在参数设计和控制策略上比较复杂；另一种是将非隔离型DC/DC变换器和LLC谐振变换器级联后使用，非隔离型DC/DC变换器来实现功率及电压的控制，而定频控制的LLC谐振变换器仅用来实现高效的隔离变换，但其中非隔离型DC/DC变换器的损耗较大。

LLC谐振变换器中的谐振电容、谐振电感和变压器的励磁电感构成谐振网络，通过调节开关频率可实现对输出电压和输出功率的控制。但是该谐振网络不具备对称性，因此在正向功率流动和反向功率流动时，谐振网络的增益特性不同，从而不适用于双向功率流动的场合。对于采用双向谐振网络的CLLC拓扑和CLLLC拓扑的变换器，其谐振网络能在功率双向流动时实现相同的增益。但是，为了保证实现双向的相同增益，其谐振网络的参数需要进行复杂的计算及验证，且在功率方向发生变化时，两侧开关器件的控制策略也需要发生改变，控制难度高。对于非隔离型DC/DC变换器和LLC谐振变换器的级联方案，工作在谐振频率下的LLC谐振变换器在功率双向流动时，可以实现高效的功率传输，但无法控制其增益及功率大小，因此需要非隔离型DC/DC变换器对增益及功率进行控制。但是，采用级联的非隔离型的DC/DC变换器同时也流过所有功率，且大多不能实现软开关，损耗较大。

因此，亟需一种双向隔离型DC/DC变换器，以克服单级LLC谐振变换器难以应用于功率双向流动的场合以及现有双向功率拓扑存在的控制复杂、损耗较大等问题。

发明内容

本发明提供了一种双向隔离型DC/DC变换器，以解决现有技术问题中存在的缺陷。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种双向隔离型DC/DC变换器，包括：至少n台LLC谐振变换器单元，n≥2；

所述LLC谐振变换器单元包括两个开关网络和一个谐振单元；所述谐振单元包括谐振电容、谐振电感和变压器，所述第一开关网络的第一接口与谐振电容、谐振电感以及变压器的一个绕组串联后连接至第一开关网络的第二接口，变压器的另一个绕组的两端分别与第二开关网络的两个接口相连；

所述n台LLC谐振变换器单元包括两类LLC谐振变换器单元，其中，一类LLC谐振变换器单元为LLC谐振变换器单元的第一开关网络采用串联的方式与其他谐振变换器单元的开关网络相连、第二开关网络采用并联的方式与其他谐振变换器单元的开关网络相连；二类LLC谐振变换器单元为LLC谐振变换器单元第二开关网络采用串联的方式与其他谐振变换器单元的开关网络相连、第一开关网络采用并联的方式与其他谐振变换器单元的开关网络相连；