[发明专利]一种双向串联谐振变换器及其改进间歇正弦调制方法

说明书

本发明公开了一种双向串联谐振变换器及其改进间歇正弦调制方法。其中主电路包括开关网络、LC串联谐振网络和理想变压器，理想变压器的匝比为n：1，原边和副边的两个所述开关网络均为全桥网络，原边、副边均由四个MOS管组成；原边的全桥端口连接所述LC串联谐振网络，谐振电感为Lr，谐振电容为Cr。在开关周期中加入了脉冲控制，调制方法的每个开关周期包含一个正弦调制谐振周期和一个电流可控性的间歇周期，该调制方法不仅具有零电流开通关断、零回流功率的正弦调制优势，还实现了宽功率范围的线性功率调节，电压增益可以实现升压和降压，具有很宽的工作范围，同时功率损耗也与开关频率成正比，使效率与负载无关，可以实现能量的高效传输。

技术领域

本发明涉及电力电子领域的开关电源技术领域，具体涉及一种双向串联谐振变换器及其改进间歇正弦调制方法。

背景技术

不断加剧的环境污染问题以及诸如煤炭、石油和天然气等传统能源的短缺问题日益突出，大力开发和利用可再生能源、改善能源结构成为各领域、各行业的迫切需求。因此，新能源汽车逐渐成为研究热门。电池能量系统是稳定能量传递的短期或长期的能量缓冲器。在电池能量系统中，双向DC-DC变换器是必不可少的，它连接高压直流母线，对电池进行充电和放电。

双向DC-DC变换器能够实现能量的双向流动。目前，双向串联谐振变换器由于其软开关、功率密度高、可靠性高等特点广泛应用于锂离子电池的充放电中。但是在典型的锂离子电池充放电曲线中，电池电压范围从2.7V的放电截止值到4.2V的充电阈值。因此，期望DC-DC变换器具有宽的电压增益范围。此外，DC-DC变换器要在重载条件和轻载条件下实现高传输效率来保证电池的充电过程。目前主要的控制方法有以下几种：

(1)变频调制(VFM)可以在逆变器零电压开关(ZVS)和整流器零电流开关(ZCS)的同时调节输出功率。但是，变频控制时只能作为Buck变换器工作，导致工作范围受限。

(2)移相调制(PSM)可以在较宽的电压增益范围内实现功率调节，但存在较大的循环电流，回流功率增大导通损失。

(3)变频调制和相移调制的混合调制方案(VFM+PSM)，其方法在较宽的电压增益范围内实现功率调节并实现软开关。但是，这种方法可同样存在较大的循环电流。

(4)间歇调制，如burst控制和脉冲密度调制(PDM)等，这个控制方法可以实现软开关，显著降低了开关损耗。但是，同样该方法只能作为Buck变换器工作，导致工作范围受限。

因此，需要一种能够同时满足适用于宽电压范围，所有MOS管实现软开关，轻载工况好，电压波纹小，控制设计简单，且有较好的动态响应性能的双向谐振变换器的控制方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的双向串联谐振变换器，并提供一种改进的新型间歇正弦调制方法，使双向串联谐振变换器具有零电流开通关断、零回流功率的正弦调制优势，进一步实现宽功率范围的线性功率调节，电压增益可以实现升压和降压，同时功率损耗也与开关频率成正比，使效率与负载无关，实现能量的高效传输。

根据本发明的一个方面本发明提供一种双向串联谐振变换器，所述双向串联谐振变换器包括主电路和控制电路，所述主电路包括开关网络、LC串联谐振网络和理想变压器，所述理想变压器的匝比为n：1，原边和副边的两个所述开关网络均为全桥网络，原边、副边均由四个MOS管组成；原边的全桥端口连接所述LC串联谐振网络，谐振电感为Lr，谐振电容为Cr；

所述双向串联谐振变换器中：