[发明专利]一种可实现蓄电池电流零纹波的ZVS高增益储能变换器

说明书

本申请属于变换器技术领域，公开了一种可实现蓄电池电流零纹波的ZVS高增益储能变换器。该变换器包括四个开关管，三个电感，三个电容。该变换器可实现Boost和Buck两种工作模式下所有开关管的ZVS开通，开关损耗小，变换效率高；功率管数量少且电压应力较低，可以采用低耐压的器件，降低了成本；电感的体积较小，功率密度较高；低压侧电流零纹波输，低压侧无需并联滤波电容，改善了可靠性；输入、输出共地，因此电磁干扰小，采样电路结构简单。

技术领域

本发明属于变换器技术领域，具体涉及一种可实现蓄电池电流零纹波的ZVS高增益储能变换器。

背景技术

近年来，蓄电池储能系统在智能电网、电动汽车、轨道交通等领域得到了广泛应用。双向DC-DC变换器是实现蓄电池与直流母线间能量交换的核心设备，影响着储能系统的性能。然而，蓄电池的输出电压较低，且使用寿命与其电流纹波大小息息相关。因此，双向DC-DC变换器需要具有较高的电压增益和较小的低压侧电流纹波。目前，双向DC/DC变换器主要分为两大类：隔离型和非隔离型。在不需要电气隔离的应用中，由于非隔离型DC/DC变换器设计和结构简单、损耗低、体积小，因此更具有优势。

由于具有低压侧电流连续，高、低压侧共地，且器件数量少等优点，双向Buck/Boost变换器已成为应用最为广泛的非隔离型双向直流变换器。然而，其升/降压能力有限。因此，近年来很多学者提出了各种具有高升压能力的双向Buck/Boost变换器，其大多具有多个电感和电容，因此体积较大，功率密度较低，成本较高。提高开关频率，可以改善功率密度和动态响应，然而开关损耗也随之增加，变换效率下降。引入软开关技术，可以克服这些问题。此外，较大的输入电流纹波影响蓄电池的使用寿命。为此，学者们进一步提出了许多低压侧端口电流零纹波的软开关高增益非隔离型双向直流变换器。这些拓扑普遍存在以下问题：(1)开关管数量较多，体积大，功率密度低；(2)部分功率管仍然工作在硬开关状态，效率难以进一步提升；(3)功率管电压应力较高，需要采用高耐压的半导体器件，导致通态损耗较大，成本较高；(4)电感不是最优设计，导致电感体积大，通态损耗较高。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种可实现蓄电池电流零纹波的ZVS高增益储能变换器，可消除低压侧电流的开关频率纹波，在Boost模式与Buck模式下均可实现所有开关管的ZVS开通，不存在电压尖峰，且具有升/降压能力强、开关管数量少、电压应力和成本较低、电感体积小、功率密度、变换效率和可靠性高等优点。

为了实现上述目的，本发明提出的技术方案如下：

一种可实现蓄电池电流零纹波的ZVS高增益储能变换器，包括第一电容C₁、第二电容C₂、第三电容C₃、第一电感L₁、第二电感L₂、第三电感L₃、第一开关管S₁、第二开关管S₂、第三开关管S₃、第四开关管S₄；

所述第一电感L₁的一端与所述低压侧电源U_L的正极相连；

所述第一电感L₁的另一端与所述第二电感L₂的一端、所述第一电容C₁的正极连接；

所述第二电感L₂的另一端与所述第一开关管S₁的漏极、所述第二开关管S₂的源极、所述第三开关管S₃的源极连接；

所述第三电感L₃的一端与所述第二开关管S₂的漏极、所述第一电容C₁的负极、所述第二电容C₂的正极连接；