[发明专利]一种宽输出范围的高能效双向DC/DC变换器

说明书

本发明涉及一种宽输出范围的高能效双向DC/DC变换器，包括依次连接的原边全桥电路、谐振电路、变压器和副边全桥电路，所述谐振电路包括第一谐振电感、第二谐振电感和谐振电容；所述第一谐振电感的一端与所述原边全桥电路的第一输出端相连，另一端与所述第二谐振电感的一端相连；所述第二谐振电感的另一端与所述变压器原边侧的第一端相连，所述谐振电容的一端与所述第一谐振电感的另一端相连，另一端与所述变压器原边侧的第二端相连，所述谐振电容的另一端还与所述原边全桥电路的第二输出端相连；所述第一谐振电感和第二谐振电感的电感值相同。本发明双向均可实现软开关，并能够提高双向DC/DC变换器的功率密度。

技术领域

本发明涉及开关电源技术领域，特别是涉及一种宽输出范围的高能效双向DC/DC变换器。

背景技术

DC/DC变换器是电动汽车配电系统的关键部件。一方面DC/DC变换器将动力电池的高压电转换为低压电供给电动汽车中的低压模块，另一方面DC/DC变换器作为车载充电机(OBC)的后级，将高压母线电压转换为动力电池所需的高压电，并提供电气隔离。电动汽车的一个发展趋势是成为移动储能设备，实现电动汽车向其他设备和电网的供电，即实现“V2X”功能。这对DC/DC变换器在反向传输能量时的性能提出了更高的要求，但现有的用于双向传输能量的DC/DC变换器存在输出范围小、损耗大、功率密度低等问题，难以实现良好的双向传输性能。

LLC谐振变换器是电动汽车配电系统中使用较多的DC/DC变换器拓扑，其基本结构如图1所示。通过合理设置谐振腔参数，使工作频率设置在位于感性区的谐振频率附近，即可实现原边开关管的软开关，若同时工作频率低于位于感性区的谐振频率，则还可以实现副边开关管的软开关。软开关的实现带来的低损耗是LLC谐振变换器的优势之一。然而，当电路用于反向传输能量时，LLC谐振变换器退化为串联谐振变换器，一方面副边开关管无法实现软开关，失去了LLC谐振变换器相对其他谐振变换器的优势；另一方面反向增益最大值为变压器原边匝数与副边匝数之比，这限制了反向工作时的输出电压范围。

CLLLC谐振变换器是LLC谐振变换器的改进电路，其基本结构如图2所示。在LLC谐振变换器的基础上，CLLLC谐振变换器在副边增加一个谐振电容和一个谐振电感，利用对称式结构使得反向传输时工作状态与正向工作时相同，从而实现较好的反向传输性能。但此种结构的谐振腔由五个元件构成，尤其是三个谐振电感的存在占据了大量空间，造成其功率密度较小的问题。同时，CLLLC谐振变换器需要考虑原边和副边谐振腔的匹配问题，增大了设计的难度。

CLLC谐振变换器省去了CLLLC谐振变换器在副边增设的谐振电感，仅比LLC谐振变换器多一个谐振电容，是一种非对称式谐振变换器(如图3所示)。这种非对称式结构虽然能够获得比对称式CLLLC变换器更高的功率密度，但正向与反向不同的工作状态增大了设计的难度。同时，若参数设置不合理，在重载时CLLC谐振变换器的反向增益曲线会出现多个波峰，容易导致电路进入正反馈，闭环调节失效，严重时会导致炸机。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种宽输出范围的高能效双向DC/DC变换器，双向均可实现软开关，并能够提高双向DC/DC变换器的功率密度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种宽输出范围的高能效双向DC/DC变换器，包括依次连接的原边全桥电路、谐振电路、变压器和副边全桥电路，所述谐振电路包括第一谐振电感、第二谐振电感和谐振电容；所述第一谐振电感的一端与所述原边全桥电路的第一输出端相连，另一端与所述第二谐振电感的一端相连；所述第二谐振电感的另一端与所述变压器原边侧的第一端相连，所述谐振电容的一端与所述第一谐振电感的另一端相连，另一端与所述变压器原边侧的第二端相连，所述谐振电容的另一端还与所述原边全桥电路的第二输出端相连；所述第一谐振电感和第二谐振电感的电感值相同。