[发明专利]一种LC并联双向谐振DC/DC变换器及其控制方法

摘要

本发明涉及一种LC并联双向谐振DC/DC变换器及其控制方法，所述变换器适用于高压大功率场合；所述变换器包括依次连接的变换器模块1、谐振单元和变换器模块2；所述变化器模块1与所述变换器模块2分别包括并联的直流电源、滤波电容和变换器桥臂；所述桥臂包括两个并联的由两个开关管串联组成的支路；所述谐振单元分别连接每个所述支路中的两个开关管间。所述方法为通过控制开关管的开断实现八个阶段的升降压模式。本发明具备功率双向流动能力，能够实现升压和降压的不同需求。

主权项

1.一种LC并联双向谐振DC/DC变换器的控制方法，所述变换器适用于高压大功率情况；其特征在于：所述变换器包括依次连接的变换器模块1、谐振单元和变换器模块2；所述变换器模块1与所述变换器模块2分别包括并联的直流电源、滤波电容和变换器桥臂；所述桥臂包括两个并联的由两个开关管串联组成的支路；所述谐振单元分别连接每个所述支路中的两个开关管间；每个所述开关管均有反向并联的二极管；所述变换器模块1中的支路包括串联的开关管Q2和开关管Q4以及串联的开关管Q1和开关管Q3；所述变换器模块2中的支路包括串联的开关管Q6和开关管Q8以及串联的开关管Q5和开关管Q7；所述谐振单元包括并联的电感Lr和电容Cr；所述谐振单元的第一端分别连接开关管Q1与Q3之间和开关管Q6和Q8之间；所述谐振单元的第二端分别连接开关管Q2与Q4之间和开关管Q5和Q7之间；所述变换器模块2中的变换器桥臂与其滤波电容间串联开关管Q9，所述开关管Q9反向并联二极管D9；所述方法包括8个阶段；在第一阶段中降压工作时，所述开关管Q1和开关管Q4导通，所述电容Cr的电压VCr为负的所述变换器模块1的直流电源的电压V1；所述电感Lr电流由正的I0线性减小到零然后再反向增加到I1直到I1大于I0是输入给电感补充能量的过程，其输出电流由滤波电容C2提供；升压工作时，所述开关管Q5和开关管Q8导通，所述谐振单元中的电容的电压VCr为所述变换器模块2的直流电源的电压V2，所述电感Lr上的电压等于输入电压，电感电流呈线性增加；该阶段是输入给电感补充能量的过程，电感电流从I0开始线性增加到I1，输出电流由滤波电容提供；在第二阶段中降压工作时，所述开关管Q1和开关管Q4同时关断，所述电感Lr与电容Cr发生并联谐振直到所述开关管Q9导通，所述电容Cr的电压VCr等于所述电压V2；该阶段中，所述变换器的输入端和输出端没有能量传输，输出电流依然由滤波电容C2提供；变换器的能量在所述电感Lr和电容Cr之间进行传递，但电感Lr和电容Cr上的总能量不变；升压工作时，所述开关管Q5和开关管Q8同时关断，所述电感Lr和电容Cr发生并联谐振直到所述电压VCr为负的所述电压V1；在该阶段中所述变换器的输入端和输出端没有能量传输，输出电流依然由滤波电容C1提供，能量在所述电感Lr和电容Cr之间进行传递，所述电感Lr与电容Cr的总能量不变；在第三阶段中降压工作时，所述开关管Q5的反并二极管D5和开关管Q8的反并二极管D8导通，所述电感Lr中的电流流过开关管Q5的反并二极管D5和开关管Q8的反并二极管D8为滤波电容C2充电，并提供负载电流；该阶段中，所述电容Cr的电压保持不变，所述电感Lr上电流线性减少；变换器输入的能量就是在该阶段传给负载的直到所述开关管Q9关断结束；升压工作时，所述开关管Q1的反并二极管D1和开关管Q4的反并二极管D4导通，所述电感Lr中的电流流过反并二极管D1，所述反并二极管D4给滤波电容C1充电，并提供负载电流，在该阶段内，所述电压VCr保持不变，所述电感Lr上电流线性减少，所述变换器输入的能量在该阶段内传给负载直到所述电感Lr电流为零结束；在第四阶段中降压工作时，所述谐振电感Lr的电流iLr为I3，所述电容Cr的电压VCr为所述输出电压V2，所述开关管Q5的反并二极管D5和所述开关管Q8的反并二极管D8关断，所述电感Lr和电容Cr发生并联谐振直到所述电压VCr等于所述电压V1；该阶段中，所述电感Lr和电容Cr上能量和不变；升压工作时，所述谐振电感Lr的电流iLr＝I3＝0，所述反并二极管D1，反并二极管D4关断，所述电感Lr和电容Cr发生并联谐振直到所述电压VCr为负的所述V2，该阶段内，所述电感Lr和电容Cr上的总能量不变；在第五阶段中降压工作时，所述开关管Q2和开关管Q3导通，所述电压VCr为所述电压V1，所述电感Lr上的电压等于输入电压V1，所述电感Lr电流由负的I4线性减小到零然后再反向增加到I5直到I5大于I4；该阶段是所述变换器输入给电感补充能量的过程，所述电感Lr电流从反向I4开始线性减小到零然后反向增加到I5，所述变换器的输出电流由滤波电容C2提供；升压工作时，所述开关管Q6和开关管Q7导通，所述电压VCr为负的所述电压V2，所述电感Lr上的电压等于负输入电压，所述电感Lr电流呈线性反向增加，这个阶段是输入给电感补充能量的过程，所述电感Lr电流从I4开始反向线性增加到I5，输出电流由滤波电容C1提供；在第六阶段中降压工作时，所述开关管Q2和所述开关管Q3同时关断，所述电感Lr与电容Cr发生并联谐振直到所述开关管Q9导通，所述电压VCr为负的所述电压V2；该阶段中，所述变换器的输入端和输出端没有能量传，输出电流依然由滤波电容C2提供；所述变换器的能量在电感和电容之间进行传递，所述电感Lr和电容Cr上的总能量不变；升压工作时，所述开关管Q6和第七开关管Q7同时关断，所述电感Lr与电容Cr发生并联谐振直到所述电压VCr为所述电压V1，在该阶段中输入端和输出端没有能量传输，输出电流依然由滤波电容C1提供，能量在电感Lr和电容Cr之间进行传递，所述电感Lr和电容Cr上的总能量不变；在第七阶段中降压工作时，所述电压VCr等于负的所述电压V2，所述开关管Q6的反并二极管D6和开关管Q7的反并二极管D7导通，所述电感Lr中的电流流过开关管Q6的反并二极管D6和开关管Q7的反并二极管D7为所述滤波电容C2充电，并提供负载电流；该阶段内，所述电压VCr保持不变，所述电感Lr上电流线性减少；所述变换器的输入的能量就是在该阶段内里传给负载的直到所述开关管关断才结束该阶段；升压工作时，所述电压VCr等于所述电压V1，所述开关管Q2的反并二极管D2和开关管Q3的反并二极管D3导通，所述电感Lr中的电流流过反并二极管D2，所述反并二极管D3给滤波电容C1充电，并提供负载电流，在该阶段内，所述电压VCr保持不变，所述电感Lr上电流线性减少，所述变换器的输入的能量在该阶段传给负载直到电感电流为零结束；在第八阶段中降压工作时，所述谐振电感Lr的电流iLr等于I7，所述电压VCr为负的所述电压V2，所述开关管Q6的反并二极管D6和开关管Q7的反并二极管D7关断，所述电感Lr和电容Cr发生并联谐振直到所述电压VCr为负的所述电压V1；该阶段内，所述电感Lr和电容Cr上能量和不变；升压工作时，所述谐振电感Lr的电流iLr＝I7＝0，所述电压VCr为所述电压V1，所述反并二极管D2和反并二极管D3关断，所述电感Lr和电容Cr发生并联谐振直到所述电压VCr等于所述电压V2，该阶段内，所述电感Lr和电容Cr上的总能量不变。