一种双向谐振直流变换器及其控制方法_3

文档序号:9455398阅读:来源:国知局
180°、通过增加高压侧第三开关管Sh3导通时刻滞后于低压侧第三开关管S [3导通时刻之间的移相角的方式来增加向高压侧Uh所传输的功率或者增加高压侧电源U H的电压,通过减小第三开关管Su和高压侧第三开关管S ?3导通时刻之间的移相角来减小向高压侧Uh所传输的功率或者减小高压侧电源Uh的电压,也即此时是通过调节高压侧第三开关管3^导与低压侧第三开关管S u导通时刻之间的移相角的方式来实现传输功率的控制。
[0042]当能量由高压侧电源Uh向低压侧电源IM专输时,为了实现传输能量的控制,采取如下控制方法:
[0043]低压侧第一开关管Su、低压侧第二开关管Sm低压侧第三开关管Su、低压侧第四开关管Sm、高压侧第三开关管Sh3和高压侧第四开关管Sh4均保持关断,只有高压侧第一开关管Sm和高压侧第二开关管S H2工作于开关状态,此时高压侧第一开关管S H1和高压侧第二开关管Sh2互补导通且占空比都等于0.5,通过改变高压侧第一开关管S H1和高压侧第二开关管Sh2开关频率的方式来控制由高压侧电源Uh向低压侧电源W所传输的功率或者控制低压侧电源队的电压,具体步骤如下:(1)当需要减小高压侧电源Uh向低压侧电源所传输的功率或者减小低压侧电源队的电压时,增加高压侧第一开关管S H1和高压侧第二开关管Sh2的开关频率;(2)当需要增加高压侧电源U H向低压侧电源U #斤传输的功率或者增加低压侧电源队的电压时,减小高压侧第一开关管S H1和高压侧第二开关管S H2的开关频率。该种工作方式下,双向谐振直流变换器的等效电路如附图4所示。从附图4可知,此时利用了低压侧第一至第四开关管su?S [4的体二极管实现整流。从附图4及上述描述可知,当能量由高压侧电源Uh向低压侧电源U 输时,本发明双向谐振变换器的等效电路、工作原理和过程与半桥式LLC谐振直流变换器完全相同。因此,可以非常容易的实现所有开关管、所有体二极管的软开关工作,且理论上在任意的低压侧电源队和高压侧电源Uh电压下,都能够实现传输功率的控制。
[0044]在具体实施时,除了高压侧第三开关管Sh3和高压侧第四开关管Sh4以外,其余所有互补工作的开关管之间需要设置合理的死区时间以实现各开关管的软开关。
[0045]在具体实施时,所有的开关管应选用带有寄生体二极管的半导体开关器件,例如金属氧化物半导体场效应晶体管等。如果所选用的开关管不带有寄生体二极管,则应该在其漏极和源极两端反并联二极管。
[0046]因为当能量由高压侧电源Uh向低压侧电源W传输时,本发明双向谐振变换器的等效电路、工作原理和过程与半桥式LLC谐振直流变换器完全相同,在此不再展开说明。下面仅对能量由低压侧电源队向高压侧电源Uh传输时的工作原理进行说明。分为“N几彡NA”和I1Uh彡N 2IV’两种工作情形。
[0047]以下对本发明双向谐振直流变换器简称为“变换器”。
[0048]当能量由低压侧电源队向高压侧电源U H传输且变换器工作于“N几彡N 的工作情形一时,其主要工作波形如附图5所示。变换器在每个开关周期内共有十个工作模态,由于正负半周期工作过程相似,仅对其中半个工作周期的工作过程进行分析。
[0049]开关模态1,[Vt1],等效电路如附图6所示:t。时刻之前,低压侧第一开关管S L1和低压侧第三开关管&同时导通,第一谐振电感L电流为零,第二谐振电感Lrf电流i ^为负值,且i&2通过变压器T的第一绕组N:续流;t。时刻,低压侧第三开关管S u关断,在第二谐振电感电流L的作用下,低压侧第四开关管Sm的体二极管导通。
[0050]开关模态2,[t「t2],等效电路如附图7所示山时刻,低压侧第四开关管S M零电压开通,在该模态,第二谐振电感L1^1在低压侧电源的作用下,电流由负值线性增加,同时第一谐振电感L与谐振电容C 3皆振,高压侧第一开关管S H1的体二极管导通,能量由低压侧电源队向高压侧电源U H传输。
[0051]开关模态3,[t2_t3],等效电路如附图8所示:t2时刻,低压侧第一开关管S u关断,低压侧第二开关管(S』的体二极管导通。
[0052]开关模态4,[t3-t4],等效电路如附图9所示:t3时刻,低压侧第二开关管S u零电压开通。在该模态,储存在第一谐振电感Lh中的能量继续向高压侧电源Uh传输,直到第一谐振电感的电流Li减小为零。
[0053]开关模态5,[t5_t6],等效电路如附图10所示:t5时刻,第一谐振电感的电流i ω减小为零,高压侧第一开关管^的体二极管零电流关断,此时第二谐振电感L ^的电流i μ保持不变,且通过变压器T第一绕组N1、低压侧第二开关管Su和低压侧第四开关管S M进行续流。t6时刻,低压侧第四开关管Sw关断,下半个开关周期开始。
[0054]通过上述工作过程的分析可知,所有的开关管和二极管都能够实现软开关。同时,低压侧电源队向高压侧电源U H传输功率主要发生在开关模态2,即通过改变开关模态2持续的时间既可以控制传输能量的大小。
[0055]当能量由低压侧电源队向高压侧电源U H传输且变换器工作于“N几> N 2UL"的工作情形二时,其主要工作波形如附图11所示,在半个开关周期内共有四种开关模态。
[0056]开关模态I [^t1],等效电路如附图12所示:t。时刻之前,低压侧第二开关管S u、低压侧第三开关管Su和高压侧第三开关管S H3导通,但是高压侧第三开关管S H3中的电流为零,第一谐振电感L的电流也为零,各开关管的体二极管全部关断,第二谐振电感Lrf的电流L2为负值且在低压侧电源的作用下线性增加。时刻,低压侧第二开关管S U、低压侧第三开关管Su关断,第二谐振电感Lrt的电流i μ换向到低压侧第一开关管Su和低压侧第四开关管Sm的体二极管中,低压侧第一开关管S u和低压侧第四开关管S [4的漏源电压降为0,因此低压侧第一开关管Su和低压侧第四开关管S M具备了零电压开通的条件,同时第二谐振电感Lrf的电流i μ在低压侧电源电压的作用下反向减小,第一谐振电感L rl的电流U1也在输入电压的作用下线性增加。
[0057]开关模态2[ti,t2],等效电路如附图13所示山时刻,低压侧第一开关管S u和低压侧第四开关管Sm零电压开通,第一谐振电感Lh和第二谐振电感Lrt的电流都继续增加,由于此时电流流过高压侧第四开关管Sh4的体二极管,高压侧第四开关管Sh4的漏源电压为零,即高压侧第四开关管Sh4具备了零电压开通的条件。值得注意的是,该模态持续的时间越长,第一谐振电感L的电流也越大,这直接决定了第一谐振电感L η和谐振电容C 3皆振的起始时刻时第一谐振电感W1电流的初值,该初值也进一步决定了谐振过程中低压侧电源队向高压侧电源Uh传输能量的大小,因此通过调节该开关模态的时间就可以实现高压侧电源Uh电压和所传输功率大小的调节。
[0058]开关t旲态3 [t2, t3],等效电路如附图14所不:t2时刻,尚压侧第二开关管Sh3关断、高压侧第四开关管Sh4开通,但是由于高压侧第三开关管Sh3处于关断状态,高压侧第四开关管Sh4中并没有电流流过,谐振电感的电流自然换向到高压侧第一开关管Sm的体二极管,第一谐振电感L1^1开始与谐振电容C 3皆振,低压侧电源U 过第一谐振电感L η和谐振电容C r向负载传输能量,直到t3时刻,第一谐振电感(Ld的电流自然谐振到零。
[0059]开关模态4[t3,t4],等效电路如附图15所示:t3时刻,第一
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