CN107834860A - 串联型dab拓扑结构 - Google Patents

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Abstract

一种串联型DAB拓扑结构，所述串联型DAB拓扑结构包括变压器、变压器副边变流模块以及变压器原边变流模块；所述变压器原边变流模块包括：第一电感、第一电容、由第一开关管和第二开关管串联组成的第一半桥电路、由第三开关管和第四开关管串联组成的第二半桥电路；所述第一半桥电路和所述第二半桥电路串联；所述第一半桥电路的半桥中点通过所述第一电感与所述变压器的原边线圈的一端连接，所述第二半桥电路的半桥中点通过所述第一电容与所述变压器的原边线圈的另一端连接。本发明提供的串联型DAB拓扑结构的变压器原边绕组以及原边磁芯数量较少，可以使串联型DAB拓扑结构的体积减小、成本降低。

Description

串联型DAB拓扑结构
技术领域
本发明涉及一种电力电子技术领域，具体地涉及一种串联型DAB 拓扑结构。
背景技术
串联型双主动桥(Dual Active Bridge，简称DAB)拓扑是一种常见的串联型直流-直流变换器结构。该拓扑能够实现能量双向传递、宽范围软开关等功能，应用较为广泛。
如图1所示包含DAB拓扑的电路中，由S11、S12、S13、S14组成的全桥电路的两个交流输出端连接到变压器的一个原边线圈P1两端，由S21、S22、S23、S24组成的全桥电路的两个交流输出端连接到变压器的另一个原边线圈P2两端。两个全桥电路的直流输入端串联在直流总线Vin上。
此时，每个全桥结构需要承受直流总线一半的电压，变压器原边线圈两端的电压较高，从而变压器原边线圈和原边磁芯数量较多。
发明内容
本发明的目的在于提出一种串联型DAB拓扑结构，以减少电子电力变换电路的变压器原边绕组与磁芯数量，减少变压器的体积。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种串联型DAB拓扑结构，所述串联型DAB拓扑结构包括变压器、变压器副边变流模块以及变压器原边变流模块；所述变压器原边变流模块包括：所述变压器原边变流模块包括：第一电感、第一电容、由第一开关管和第二开关管串联组成的第一半桥电路、由第三开关管和第四开关管串联组成的第二半桥电路，以及，第二电感、第二电容、由第五开关管和第六开关管串联组成的第三半桥电路、由第七开关管和第八开关管串联组成的第四半桥电路；所述第一半桥电路、所述第二半桥电路、所述第三半桥电路和所述第四半桥电路相互串联；所述第一半桥电路的半桥中点通过所述第一电感与所述变压器的原边线圈的一端连接，所述第二半桥电路的半桥中点通过所述第一电容与所述变压器的原边线圈的另一端连接；所述第三半桥电路的半桥中点通过所述第二电感与所述变压器的原边线圈的一端连接，所述第四半桥电路的半桥中点通过所述第二电容与所述变压器的原边线圈的另一端连接。
上述方案中，所述变压器副边模块包括由四个副边开关管组成的 H桥全桥电路，所述H桥全桥电路的交流端与所述变压器的副边线圈连接。
上述方案中，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管中的任意开关管为以下中的任一项：场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管、三极管、晶闸管或可控硅。
上述方案中，所述第第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管中的任意开关管的两端并联有反向的二极管或反向的二极管串联组，所述二极管串联组由多个二极管相互串联组成。
上述方案中，所述二极管为以下中的任一项：肖特基二极管、快恢复二极管、硅管二极管或碳化硅二极管。
上述方案中，所述第一半桥电路和所述第二半桥电路的两端各并联有一个原边电容。
采用本发明提供的串联型DAB拓扑结构，串联型DAB拓扑结构的变压器原边绕组以及原边磁芯数量较少，使串联型DAB拓扑结构的体积减小、成本降低。
附图说明
图1是现有技术中一种串联型DAB拓扑结构的结构示意图；
图2是本发明实施例中的串联型DAB拓扑结构的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
如图2所示，本发明实施例提供一种串联型DAB拓扑结构，该串联型DAB拓扑结构包括变压器、变压器副边变流模块以及变压器原边变流模块；变压器原边变流模块包括：第一电感L1、第一电容 Cr1、由第一开关管S11和第二开关管S12串联组成的第一半桥电路、由第三开关管S13和第四开关管S14串联组成的第二半桥电路；第一半桥电路和第二半桥电路串联；第一半桥电路的半桥中点通过第一电感L1与变压器的原边线圈P1的一端连接，第二半桥电路的半桥中点通过第一电容与变压器的原边线圈P1的另一端连接。
此外，变压器原边变流模块还包括：第二电感L2、第二电容Cr2、由第五开关管S21和第六开关管S22串联组成的第三半桥电路、由第七开关管S23和第八开关管S24串联组成的第四半桥电路；第三半桥电路和第四半桥电路串联；第三半桥电路的半桥中点通过第二电感L2与变压器的原边线圈P1的一端连接，第四半桥电路的半桥中点通过第二电容Cr2与变压器的原边线圈P1的另一端连接。
在上述电力电子电路中，第一开关管S11和第四开关管S14闭合，且第二开关管S12和第三开关管S13断开时，作为储能电感的第一电感L1充电，充电电流方向如图2中箭头方向所示。之后，第一开关管S11和第四开关管S14断开，且第二开关管S12和第三开关管S13闭合时，第一电感L1通过第二开关管S12和第三开关管S13放电，放电电流方向与如图2中箭头方向相反。
因此，在输入输入电压等级相同时，如图2所示的串联型DAB 拓扑结构与图1中的DAB拓扑中的一个全桥结构相比，在各对应元件参数相同的情况下，本发明所提出的变压器原边绕组与磁芯数量可以降低为图1中拓扑结构的一半。
进一步地，如图2所示的串联型DAB拓扑结构代替现有技术中的DAB电路时，开关器件的数量没有发生变化，但系统可承受的电压等级将得到提升；同时，如图2所示的串联型DAB拓扑结构的变压器原边绕组与磁芯数量可以降低为图1中DAB拓扑结构的一半。
如图2所示，变压器副边模块包括由四个副边开关管S41、S42、 S43、S44组成的H桥全桥电路，H桥全桥电路的交流端与变压器的副边S的线圈连接。
在本发明实施例中，第一开关管S11、第二开关管S12、第三开关管S13、第四开关管S14、第五开关管S21、第六开关管S22、第七开关管S23、第八开关管S24以及副边开关管S41、S42、S43、S44中的任意开关管为以下中的任一项：场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管、三极管、晶闸管或可控硅。如图1所示，第一开关管S11、第二开关管S12、第三开关管S13和第四开关管S14为绝缘栅双极型晶体管，开关管S41、S42、S43、S44为场效应管，但是在实际应用中并不局限于此。
在本发明实施例中，第一开关管S11、第二开关管S12、第三开关管S13、第四开关管S14、第五开关管S21、第六开关管S22、第七开关管S23和第八开关管S24中的任意开关管的两端并联有反向的二极管或反向的二极管串联组。如图2所示，第一开关管S11、第二开关管S12、第三开关管S13和第四开关管S14的两端分别并联有反向的一个二极管，在实际应用中，也可以由多个二极管相互串联组成二极管串联组来替代如图2所示的二极管工作。
其中，上述二极管可以为肖特基二极管、快恢复二极管、硅管二极管或碳化硅二极管，且并不局限于此。
此外，如图2所示，第一半桥电路和第二半桥电路的两端各分别并联有一个原边电容C1和C2，作为串联型DAB拓扑结构的输入电容。
进一步地，在本发明实施例的基础上，串联型DAB拓扑结构的变压器原边变流模块可以包括六个甚至更多的串联的半桥电路。
采用本发明实施例提供的串联型DAB拓扑结构，第一半桥电路的半桥中点通过第一电感与变压器的原边线圈的一端连接，第二半桥电路的半桥中点通过第一电容与变压器的原边线圈的另一端连接，可以在输入电压等级相同的情况下，降低原边线圈的电压值。相比较现有技术，该串联型DAB拓扑结构变压器原边绕组以及原边磁芯数量较少，使串联型DAB拓扑结构的体积减小、成本降低。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种串联型DAB拓扑结构，其特征在于，所述串联型DAB拓扑结构包括变压器、变压器副边变流模块以及变压器原边变流模块；
所述变压器原边变流模块包括：
第一电感、第一电容、由第一开关管和第二开关管串联组成的第一半桥电路、由第三开关管和第四开关管串联组成的第二半桥电路，以及，
第二电感、第二电容、由第五开关管和第六开关管串联组成的第三半桥电路、由第七开关管和第八开关管串联组成的第四半桥电路；
所述第一半桥电路、所述第二半桥电路、所述第三半桥电路和所述第四半桥电路相互串联；
所述第一半桥电路的半桥中点通过所述第一电感与所述变压器的原边线圈的一端连接，所述第二半桥电路的半桥中点通过所述第一电容与所述变压器的原边线圈的另一端连接；
所述第三半桥电路的半桥中点通过所述第二电感与所述变压器的原边线圈的一端连接，所述第四半桥电路的半桥中点通过所述第二电容与所述变压器的原边线圈的另一端连接。
2.根据权利要求1所述的串联型DAB拓扑结构，其特征在于，所述变压器副边模块包括由四个副边开关管组成的H桥全桥电路，所述H桥全桥电路的交流端与所述变压器的副边线圈连接。
3.根据权利要求1所述的串联型DAB拓扑结构，其特征在于，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管中的任意开关管为以下中的任一项：
场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管、三极管、晶闸管或可控硅。
4.根据权利要求3所述的串联型DAB拓扑结构，其特征在于，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管中的任意开关管的两端并联有反向的二极管或反向的二极管串联组，所述二极管串联组由多个二极管相互串联组成。
5.根据权利要求4所述的串联型DAB拓扑结构，其特征在于，所述二极管为以下中的任一项：
肖特基二极管、快恢复二极管、硅管二极管或碳化硅二极管。
6.根据权利要求1至5任一项所述的串联型DAB拓扑结构，其特征在于，所述第一半桥电路和所述第二半桥电路的两端各并联有一个原边电容。
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