CN104901544B - 一种双输入双输出谐振升压变换器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双输入双输出谐振升压变换器。所述双输入双输出谐振升压变换器连接两个输入源和两个负载，包括第一至第四开关管构成的H桥，电感和电容构成的LC并联谐振单元，整流二极管和负载构成的输出单元，电源和二极管构成的输入单元。本发明的双输入双输出谐振升压变换器具有电路拓扑简洁、功率密度高、输出电压稳定、可实现开关管的零电压导通和近似零电压关断以及整流二极管的零电流关断，可大幅降低损耗。本发明的双输入双输出谐振升压变换器可用于电动汽车能量管理。
Description
技术领域
本发明涉及多输入多输出直流变压器领域，可应用于电动汽车能量管理。
背景技术
近年来，“低碳经济”风潮迅速席卷全球。发展电动汽车，可以大幅减少温室气体排放，降低对进口石油的依赖，是发展低碳经济的重要产业，拥有广阔的市场前景。电动汽车可分为以下3类：纯电动汽车(electric vehicle，EV)、混合动力汽车(hybrid electricvehicle，HEV)和燃料电池电动汽车(fuel cell electric vehicle，FCEV)。除EV以外，常见的电动汽车供电系统是采用发电机(或燃料电池)与动力电池(或超级电容)构成的多电源架构。系统中存在高压直流母线，不同类型与不同电压等级的动力源通过各自的功率变换器与高压直流母线相连，不同电压等级或类型的输入或输出可以定义为一个端口，各个端口之问可通过各自的功率变换器与控制单元实现能量传递。系统中每增加一个端口就要相应地增加功率变换器及其控制电路，系统成本较高。为了简化系统结构、降低成本，行之有效的方法就是减少系统中功率变换器的数量。
发明内容
针对上述需求，本发明提出了一种双输入双输出谐振升压变换器，可以取代电动汽车原有的多个功率变换器，具有电路拓扑简洁、功率密度高、输出电压稳定的优点，可实现开关管的零电压导通和近似零电压关断以及整流二极管的零电流关断，可大幅降低损耗。
本发明的技术方案如下：
一种双输入双输出谐振升压变换器，包括全桥逆变电路、谐振单元、输出单元以及输入单元，所述全桥逆变电路的输入端连接所述输入单元，所述全桥逆变电路的输出端连接所述输出单元，所述谐振单元与所述全桥逆变电路的输出端以及输出单元并联连接。
所述输入单元包括第一原边二极管、第二原边二极管、第一输入电压源和第二输入电压源；所述全桥逆变电路包括第一至第四开关管；所述第一原边二极管、第二开关管、第四开关管依次串联构成第一支路，所述第二原边二极管、第一开关管、第三开关管依次串联构成第二支路，所述第一支路并联在第一输入电压源两端，所述第二支路并联在第二输入电压源两端。
所述输出单元包括第一整流二极管、第二整流二极管、第一输出电压源和第二输出电压源；所述第一整流二极管和第一输出电压源串联后与所述第二整流二极管和第二输出电压源的串联支路并联。
所述谐振单元为由电感和电容构成的LC并联谐振电路；所述LC并联谐振电路的一端连接在所述第一开关管和第三开关管的相接端，同时连接在第二整流二极管和第一输出电压源的相接端；所述LC并联谐振电路的另一端连接在所述第二开关管和第四开关管的相接端，同时连接在所述第一整流二极管和第二输出电压源的相接端。
本发明的有益技术效果是：
本发明的双输入双输出谐振升压变换器采用单个功率变换器取代原有的多个功率变换器，实现功率变换器的拓扑合并和功能合并。具有电路拓扑简洁、功率密度高、输出电压稳定的优点。可实现开关管的零电压导通和近似零电压关断以及整流二极管的零电流关断，可大幅降低损耗。本发明可应用于电动汽车能量管理。
附图说明
图1是本发明的双输入双输出谐振升压变换器拓扑结构图。
图2是所举实施例的变换器主要工作波形示意图。
图3是所举实施例的变换器电感向负载1传递能量的等效电路图。
图4是所举实施例的变换器电感向负载2传递能量的等效电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
图1为本发明的双输入双输出谐振升压变换器拓扑结构图，包括全桥逆变电路、谐振单元、输出单元以及输入单元。全桥逆变电路的输入端连接输入单元，全桥逆变电路的输出端连接输出单元，谐振单元与全桥逆变电路的输出端以及输出单元并联连接。
输入单元包括第一原边二极管Din1、第二原边二极管Din2、第一输入电压源Vin1和第二输入电压源Vin2。全桥逆变电路包括第一至第四开关管Q1～Q4。第一原边二极管Din1、第二开关管Q2、第四开关管Q4依次串联构成第一支路，第二原边二极管Din2、第一开关管Q1、第三开关管Q3依次串联构成第二支路。第一支路并联在第一输入电压源Vin1两端，第二支路并联在第二输入电压源Vin2两端。
输出单元包括第一整流二极管DR1、第二整流二极管DR2、第一输出电压源Vo1、第二输出电压源Vo2。第一整流二极管DR1和第一输出电压源Vo1串联后与第二整流二极管DR2和第二输出电压源Vo2串联支路并联。
谐振单元为由电感Lr和电容Cr构成的LC并联谐振电路。LC并联谐振电路的一端连在第一开关管Q1和第三开关管Q3的相接端，同时连在第二整流二极管DR2和第一输出电压源Vo1的相接端；LC并联谐振电路的另一端连在第二开关管Q2和第四开关管Q4的相接端，同时连在第一整流二极管DR1和第二输出电压源Vo2的相接端。
下面以一个具体的仿真实例来分析本发明的新型谐振型双输入双输出直流变压器的工作原理。
设输入电源的电压分别为Vin1＝100V，Vin2＝300V，输出电压分别为Vo1＝1500V，Vo2＝1200V，开关管的工作频率为5kHz。从图2电流ic的波形可以看出整流二极管是零电流关断的。图3，图4给出了电感Lr分别向负载1和负载2传递能量的等效电路图。当iLr>0时，电感Lr与电容Cr发生谐振导致vCr＝Vo1，此时第一整流二极管DR1自然导通，电感电流经过第一整流二极管DR1给第一输出电压源Vo1(即负载1)传递能量，此过程如图3所示。当iLr<0时，电感Lr与电容Cr发生谐振导致vCr＝Vo2，此时第二整流二极管DR2自然导通，电感电流经过第二整流二极管DR2给第二输出电压源Vo2(即负载2)传递能量，此过程如图4所示。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种双输入双输出谐振升压变换器，其特征在于：包括全桥逆变电路、谐振单元、输出单元以及输入单元，所述全桥逆变电路的输入端连接所述输入单元，所述全桥逆变电路的输出端连接所述输出单元，所述谐振单元与所述全桥逆变电路的输出端以及输出单元并联连接；
其中，所述输入单元包括第一原边二极管(Din1)、第二原边二极管(Din2)、第一输入电压源(Vin1)和第二输入电压源(Vin2)；
所述全桥逆变电路包括第一开关管(Q1)、第二开关管(Q2)、第三开关管(Q3)、第四开关管(Q4)；
所述第一原边二极管(Din1)、所述第二开关管(Q2)、所述第四开关管(Q4)依次串联构成第一支路，所述第二原边二极管(Din2)、所述第一开关管(Q1)、所述第三开关管(Q3)依次串联构成第二支路，所述第一支路并联在所述第一输入电压源(Vin1)两端，所述第二支路并联在所述第二输入电压源(Vin2)两端；
所述输出单元包括第一整流二极管(DR1)、第二整流二极管(DR2)、第一输出电压源(Vo1)和第二输出电压源(Vo2)；
所述第一整流二极管(DR1)和所述第一输出电压源(Vo1)串联后与所述第二整流二极管(DR2)和所述第二输出电压源(Vo2)的串联支路并联；
其中，所述第一整流二极管(DR1)的负极与所述第一输出电压源(Vo1)的正极连接，所述第二整流二极管(DR2)的负极与所述第二输出电压源(Vo2)的正极连接；
所述谐振单元为由电感(Lr)和电容(Cr)构成的LC并联谐振电路；所述LC并联谐振电路的一端连接在所述第一开关管(Q1)和所述第三开关管(Q3)的相接端，同时连接在所述第二整流二极管(DR2)和所述第一输出电压源(Vo1)的相接端；所述LC并联谐振电路的另一端连接在所述第二开关管(Q2)和所述第四开关管(Q4)的相接端，同时连接在所述第一整流二极管(DR1)和所述第二输出电压源(Vo2)的相接端。
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