一种宽电压范围的并联型变换器系统

本发明属于变换器系统，更具体地，涉及一种宽电压范围的并联型变换器系统。

背景技术：

1、双向cllc谐振变换器由于其对称性强的拓扑特点，可以很容易地实现能量的双向流动，同时也有谐振变换器具有的能实现开关器件的零电压开通、高效率、高功率密度等特点，随着新能源发电、电动汽车、储能系统等应用技术的发展，cllc谐振变换器有了越来越广泛的应用前景，但对cllc谐振变换器的功率等级和电压范围要求也越来越高。

2、因此，亟需一种具有大功率等级和宽输出电压范围的变换器系统。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种宽电压范围的并联型变换器系统，在具有大功率容量特点的同时，还能有效拓宽系统的输出电压范围。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种宽电压范围的并联型变换器系统，包括两双向开关s1和s2、两并联的双向cllc谐振变换器u1和u2、和一控制驱动电路；

3、两双向cllc谐振变换器均包括以一高频变压器耦合连接的原边侧和副边侧，原边侧和副边侧均包括一全桥电路和一谐振腔，所述全桥电路包括并联相连的第一桥臂和第二桥臂，各桥臂均由两源漏相连的第一功率开关管组成；所述双向开关由两漏极相连的第二功率开关管组成，双向开关s1的两端对应与双向cllc谐振变换器u1中的原边侧的全桥电路中的第二桥臂的中点、双向cllc谐振变换器u2中的原边侧的全桥电路中的第一桥臂的中点相连，双向开关s2的两端对应与双向cllc谐振变换器u1中的副边侧的全桥电路中的第二桥臂的中点、双向cllc谐振变换器u2中的副边侧的全桥电路中的第一桥臂的中点相连；

4、所述控制驱动电路用于根据所需输出电压和所需工作方向，调整两双向cllc谐振变换器和两双向开关中的功率开关管的驱动信号，切换系统的工作模式，使系统在所需工作方向下的电压增益至所需输出电压；其中，所述工作模式包括正向倍压模式、正向全桥模式、正向半桥模式、反向倍压模式、反向全桥模式和反向半桥模式，所述正向倍压模式和反向倍压模式使系统的单位电压增益提高至2，所述正向全桥模式、正向半桥模式、反向全桥模式和反向半桥模式使系统的单位电压增益在1和0.5间变化。

5、在其中一个实施例中，在双向cllc谐振变换器u1中，原边侧的全桥电路包括功率开关管t1和t2构成的第一桥臂及功率开关管t3和t4构成的第二桥臂，副边侧的全桥电路包括功率开关管t5和t6构成的第一桥臂及功率开关管t7和t8构成的第二桥臂；在双向cllc谐振变换器u2中，原边侧的全桥电路包括功率开关管t9和t10构成的第一桥臂及功率开关管t11和t12构成的第二桥臂，副边侧的全桥电路包括功率开关管t13和t14构成的第一桥臂及功率开关管t15和t16构成的第二桥臂；

6、当所需工作方向为正向方向时，输入电压源vin的正极分别与功率开关管t1、t3、t9和t11的漏级相连，输入电压源vin的负极分别与功率开关管t2、t4、t10和t12的源极相连，外部负载的一端接在功率开关管t5、t7、t13和t15的漏级上，外部负载的另一端接在功率开关管t6、t8、t14和t16的源极上；且当系统正向工作时，所述控制驱动电路向两双向cllc谐振变换器中的原边侧中的全桥电路中的功率开关管提供驱动信号；

7、当所需工作方向为反向工作时，输入电压源vin的正极分别与功率开关管t5、t7、t13和t15的漏级相连，输入电压源vin的负极分别与功率开关管t6、t8、t14和t16的源极相连，外部负载的一端接在功率开关管t1、t3、t9和t11的漏级上，外部负载的另一端接在功率开关管t2、t4、t10和t12的源极上；且当系统反向工作时，所述控制驱动电路向两双向cllc谐振变换器中的副边侧中的全桥电路中的功率开关管提供驱动信号。

8、在其中一个实施例中，当所需输出电压为2倍单位电压增益且所需工作方向为正向时，所述控制驱动电路控制双向开关s1关断，控制双向开关s2导通，同时向功率开关管t1～t4、t9～t12提供占空比为50％的方波信号，各桥臂中的上下功率开关管驱动信号互补，对角功率开关管的驱动信号相同，使系统工作在正向倍压模式；当所需输出电压为单位电压增益的2倍且所需工作方向为反向时，所述控制驱动电路控制双向开关s1导通，控制双向开关s2关断，同时向功率开关管t5～t8、t13～t16提供占空比为50％的驱动信号，各桥臂中的上下功率开关管驱动信号互补，对角功率开关管的驱动信号相同，使系统工作在反向倍压模式；

9、当所需输出电压为单位电压增益且所需工作方向为正向时，所述控制驱动电路控制双向开关s1和双向开关s2关断，同时向功率开关管t1～t4、t9～t12提供占空比为50％的方波信号，各桥臂中的上下功率开关管驱动信号互补，对角功率开关管的驱动信号相同，使系统工作在正向全桥模式；当所需输出电压为单位电压增益且所需工作方向为反向时，所述控制驱动电路控制双向开关s1和双向开关s2关断，同时向功率开关管t5～t8、t13～t16提供占空比为50％的方波信号，各桥臂中的上下功率开关管驱动信号互补，对角功率开关管的驱动信号相同，使系统工作在反向全桥模式；

10、当所需输出电压为0.5倍单位电压增益且所需工作方向为正向时，所述控制驱动电路控制双向开关s1和双向开关s2关断，同时控制功率开关管t3和t11常闭，控制功率开关管t4和t12常通，向功率开关管t1、t2、t9和t10分别提供占空比为50％且互补的方波信号，使系统工作在正向半桥模式；当所需输出电压为0.5倍单位电压增益且所需工作方向为反向时，所述控制驱动电路控制双向开关s1和双向开关s2关断，同时控制功率开关管t5和t13常闭，控制功率开关管t6和t14常通，向功率开关管t7、t8、t15和t16分别提供占空比为50％且互补的方波信号，各桥臂中的上下管的驱动信号互补，使系统工作在反向半桥模式。

11、在其中一个实施例中，所述控制驱动电路对两双向cllc谐振变换器和两双向开关中的功率开关管的控制采用变频控制。

12、在其中一个实施例中，所述第一功率开关管和第二功率开关管均采用带反并联二极管的全控型半导体器件。

13、在其中一个实施例中，所述全控型半导体器件为mosfet。

14、在其中一个实施例中，所述并联型变换器系统应用于微电网储能装置双向充放电工作场合。

15、本发明提供的宽电压范围的并联型变换器系统，具有如下效果：

16、(1)原副边双向开关均关断时，可以通过控制原边功率开关管驱动信号，可以使变换器系统中的两双向cllc谐振变换器并联工作全桥模式或半桥模式下，保留谐振型变换器的固有优点，在全负载范围内实现原边开关管零电压开通(zvs)，副边开关管零电流关断(zcs)，同时可以使变换器系统的单位电压增益在1和0.5间变化；原边双向开关关断，副边双向开关导通，此时通过控制原边功率开关管驱动信号，可以使变换器系统中的两双向cllc谐振变换器工作在倍压模式下，即原边两谐振腔并联输入、副边两谐振腔串联输出，可以在保留谐振腔增益曲线不变的同时，使谐振腔的等效输入电压变为全桥模式下的2倍，使变换器系统的单位电压增益提高至2。

17、(2)相比于传统单cllc谐振变换器拓扑结构的变换器系统，本实施例通过两cllc谐振变换器并联方式，可有效提高系统的功率容量；另外，相比传统单cllc谐振变换器拓扑结构的变换器系统，本实施例提供的并联型变换器系统添加了两个双向开关将两双向cllc谐振变换器谐振腔连接起来，通过改变双向开关和功率开关管的驱动信号，让变换器系统工作在不同的工作模式下，使其在保留其大功率容量的特点的同时，可以使变换器系统在相同的工作频率范围内，具有更宽的电压增益范围，即系统的总电压增益范围可以在2～0.5间变化。