一种基于LLC谐振与同步整流的双向DC－DC变换电路的制作方法

本发明涉及电力电子，特别是涉及一种基于llc谐振与同步整流的双向dc－dc变换电路。

背景技术：

1、所谓双向dc-dc变换器(bi-directional dc-dc converter，bdc)就是在保持输入、输出电压极性不变的情况下，根据实际所需的改变电流的方向，实现双象限运行的双向直直变换器。坦率地说，它属于高效率的电源转换装置，是一个直流电压转换成另一个或几个电压值，具有高效、节能、经济、实用等特点。在新能源兴起的时代，在纯电动汽车、“电一电”耦合电力汽车(自行发电电动汽车、燃料电池汽车)中，在能量混合型电力系统中，用升压型dc/dc变换器，在功率混合型电力系统中，采用双向升降压型dc/dc变换器，或全桥型dc/dc变换器，车辆在滑行或下坡制动时，驱动电机发电运行产生的电能也通过双向升降压型dc/dc变换器向储能电源充电。但大多是交流转直流与直流转交流的，即充电器与逆变器的组合，也有部分双向直流转直流的电路拓扑应用，但是都是一些传统的拓扑的简单组合，如小功率的dc－dc通常会用反激－反激，推挽－推挽等拓扑，较大功率的也会用全桥－全桥、全桥－推挽等拓扑；这些拓扑存在着一个共同的缺点：效率低，开关损耗大，随着电动汽车的发展，对双向dc－dc应用又提出了新的要求：低损耗，高效率，以达到对储能电池的最大化应用。

2、公开日为2011年9月28日，公开号为cn102201739a的中国专利文献公开了一种对称半桥llc谐振式双向直流-直流变换器，它的两侧拓扑结构对称，所使用的元件采用复合功能设计。当高频变压器一侧的开关网络、谐振网络起作用时，另一侧的开关网络、谐振网络自动演化为整流器-负载网络，两侧网络一同构成完整的llc谐振变换器，实现该方向的功率变换；由于结构完全对称，逆向也成立，当进行逆向变换时，拓扑结构将自动重构，组成逆向llc谐振变换器，实现逆向的功率变换。

3、上述对称半桥llc谐振式双向直流-直流变换器的缺点是：拓扑原边工作时是谐振式对称半桥模式，但由于两个串联谐振电容c11与c12并联的了二极管vd15与vd16，vd15、vd16两端的寄生容也参与了谐振，会对谐振结果产生影响，也导致电路结构复杂；副边工作时是由vd23、vd24、vd21、vd22组成全桥整流，vd21、vd22可以进行同步整流，而vd23、vd24是二极管，无法实现同步整流，损耗较大，正向工作时vd13、vd14是基本不动作，只在反向工作时与v11、v12一起构成全桥整流，二极管由于正向压降，损耗也较大。

技术实现思路

1、本发明的目的是为解决现有的双向dc－dc变换电路的电路结构复杂和损耗较大的问题，提供一种基于llc谐振与同步整流的双向dc－dc变换电路，简化了电路结构，副边实现了同步整流技术，具有损耗低、效率高的优点。

2、本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，一种基于llc谐振与同步整流的双向dc－dc变换电路，包括：变压器t1，变压器t1包括原边绕组和副边绕组；与变压器t1原边绕组连接的第一电路网络；与变压器t1副边绕组连接的第二电路网络；其中，第一电路网络与第二电路网络根据变压器t1对称设置；原边绕组包括脚1和脚2，分别与第一电路网络连接于a和b；副边绕组包括脚3、脚4和脚5，与第二电路网络连接。

3、使用上述的技术方案，第一电路网络与变压器t1原边绕组的脚1和脚2连接，第二电路网络与变压器t1副边绕组的脚3、脚4和脚5连接，当正向工作时，第一电路网络作为对称半桥llc电路，第二电路网络作为全桥整流电路，并且可以实现完全的同步整流，反向工作时，第一电路网络是典型的全桥整流电路，第二电路网络是典型的推挽电路，实现了同步全桥整流，整体的电路结构不仅得到简化，而且大大提高效率。

4、作为优选，第一电路网络包括：第一mos管组，与原边绕组脚1连接，位于a两端；谐振电容组，与原边绕组脚2连接；谐振电感lr，位于电容组与原边绕组脚2之间；开关管组，与谐振电感lr连接，位于b两端。具体的，第一mos管组在第一电路网络作为全桥整流电路时，可以与开关管组同步驱动，使得开关管组与第一mos管组起构成同步全桥整流，提升效率，而用开关管替代二极管，降低了损耗。

5、作为优选，第二电路网络包括：第二mos管组，与副边绕组的脚3和脚5连接；第二输出电容c3，与第二输入电源连接。具体的，第二mos管组可以与第一电路网络中的第一mos管组和开关管驱动信号同步，形成全同步全桥整流，大大提高了效率。

6、作为优选，第一电路网络还包括：与第一输入电源连接的第一输出电容c1；变压器原边励磁电感lm。具体的，变压器原边励磁电感lm包括漏感，在电路正向工作时，变压器原边励磁电感lm也参与谐振，这样，帮助谐振电流流通，提高了效率。

7、作为优选，第一mos管组包括：mos管q1和mos管q2；谐振电容组包括：谐振电容cr1和谐振电容cr2；开关管组包括：开关管q5和开关管q6。具体的，cr1与cr2容量相等，为输入电压的一半，开始谐振工作时，q1开通q2关断，输入电压通过q1对变压器原边绕组、谐振电感lr、谐振电容cr1、cr2进行谐振工作。这样，保证正向工作时，第一电路网络能够作为对称半桥llc电路进行谐振，并且结构更加简单。

8、作为优选，第一电路网络正向工作时，作为llc谐振电路；

9、第一谐振频率为fr，

10、第二谐振频率为fm，

11、具体的，原边谐振电流由第一输入电源的udc1+通过q1→lm→lr→cr2(cr1)到达第一输入电源udc1-，励磁电流由于流过lr的谐振电流是同时与cr1、cr2进行谐振的电流，当cr2两端的电压与cr1两端的电压差等于输入电压udc1+的一半时，通过谐振电感lr谐振电流到达最大值，然后通过lr谐振电流开始变小，cr2的电压继续谐振而增加。这样使得第一电路网络作为对称半桥llc电路进行谐振时效率更高。

12、作为优选，第一电路网络正向工作时，开关频率为fs；其中，fm<fs<fr。具体的，当fm<fs<fr即开关频率大于第二谐振频率小于第一谐振频率时，第一电路网络工作在软开关状态，大大减少了开关损耗。

13、作为优选，第一电路网络反向工作时，作为全桥整流电路；第二电路网络反向工作时，作为推挽电路。具体的，反向工作时，第二电路网络作为原边是典型的推挽电路，第一电路网络作为副边是典型的全桥整流电路，开关管组与第一mos管组起构成同步全桥整流，提高了效率。

14、作为优选，第二mos管组包括：mos管q3和mos管q4；第二电路网络正向工作时，作为全桥整流电路；其中第一电路网络与第二电路网络形成全同步全桥整流。具体的，电路反向工作时，第二电路网络为原边，第一电路网络为副边，第二电路网络mos管q4驱动信号与第一电路网络mos管q1、开关管q6驱动信号同步，第二电路网络mos管q3与第一电路网络mos管q2和开关管q5同步驱动。这样，实现了全同步全桥整流，使得效率进一步提高。

15、作为优选，mos管q4与mos管q1和开关管q6同步驱动；mos管q3与mos管q2和开关管q5同步驱动。具体的，电路反向工作时，第二电路网络为原边，第一电路网络为副边，原边第二电路网络mos管q4导通时，输入电流从输入正端经变压器4脚到3脚经mos管q4回到输入负端，副边第一电路网络mos管q1、开关管q6导通，给输出电容c1充电及负载供电；在上半周期通过lr充电的cr2在这个半周期内通过lr、t1、q1、q6给输出电容c1充电及负载供电、给cr1充电。这样，实现了全同步全桥整流，使得效率进一步提高。

16、本发明一种基于llc谐振与同步整流的双向dc－dc变换电路，正向工作时第一电路网络是简单的推挽模式，可以大大简化电路结构，输出可以直接实现全波同步整流，而反向工作时第二电路网络输出端可以进行全桥同步整流工作模式，大大提高反向工作输出整流效率。

17、本发明的有益效果是，正向工作时第一电路网络是简单的推挽模式，可以大大简化电路结构；正反向输出时输出侧的整流都可以实现同步整流，大幅提升效率；工作在软开关状态，大大减少了开关损耗。

18、针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。