CN109495007A - 一种双向ac/dc变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双向AC/DC变换器，包括变压器，变压器一侧为原边回路，包括依次连接的AC/DC转换电路、储能电容、原边全桥直流变换电路和原边谐振腔；变压器另一侧为负载回路，包括依次连接的负载谐振腔、负载全桥直流变换电路；第二级输出电压的与第一级电压保持固定比值关系；开关管本体内均寄生二极管用作整流二极管进行整流。本发明的双向AC/DC变换器，使得LLC变换电路始终工作在谐振点附近，保持高效运行。

Description

一种双向AC/DC变换器
技术领域
本发明涉及开关电源领域，具体涉及一种双向AC/DC变换器。
背景技术
AC/DC变换电路中很多时候包含的LLC谐振变换器，当LLC谐振变换器工作在固有谐振点或者附近时具有诸多优点，如低噪声、低应力、较少元器件且仅有较少的开关损耗。但是当需要调节输出电压时，为满足增益的要求LLC的实际工作频率必须偏于谐振频率。这必然会增加开关功率器件的开关损耗，从而影响系统效率，甚至会造成增益曲线的偏移，导致不能宽范围稳定的工作。对于输入电压输出电压较宽的应用场合，有明显的不适应。因此需要对电路拓扑进行改进。
现有电路结构不能实现双向软开关，也不能保证全输入电压范围和全负载范围都使LLC工作在固定频率的条件下。
现有电路AC/DC变换电路和输出电压以及DC/DC变换电路关联性不强，没有明显对应的关系，DC/DC电路部分对整个输出电压取主导作用，这样响应速度会明显偏慢。
目前，AC/DC变换器第一级输出电压是固定的不变的，与输出电压和电网电压的关联性不强。电子元器件数量过多，电路变得复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种双向AC/DC变换器，使得LLC变换电路始终工作在谐振点附近，保持高效运行。
本发明的一个实施例提供了一种双向AC/DC变换器，包括变压器，变压器一侧为原边回路，包括依次连接的AC/DC转换电路、储能电容、原边全桥直流变换电路和原边谐振腔；变压器另一侧为负载回路，包括依次连接的负载谐振腔、负载全桥直流变换电路；原边直流变换电路为包括由第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管以全桥的方式连接成而成的原边桥臂电路，产生第一级输出电压；负载直流变换电路为包括由第九开关管、第十开关管、第十一开关管和第十二开关管以全桥的方式连接成而成的负载桥臂电路，产生第二级输出电压；当电能从原边回路向负载回路流动时，第五开关管和第八开关管以固定的死区时间、固定的占空比、固定的频率开关，第六开关管和第七开关管以固定的死区时间、固定的占空比、固定的频率开关；当电能从负载回路向原边回路流动时，第九开关管和第十一开关管以固定的死区时间、固定的占空比、固定的频率开关，第十开关管和第十二开关管以固定的死区时间、固定的占空比、固定的频率开关；第二级输出电压的与第一级电压保持固定比值关系；开关管本体内均寄生二极管用作整流二极管进行整流。
与现有技术相比，本发明提供的双向AC/DC变换器具有如下优点：
1.AC/DC转换电路采用PWM控制策略，第一级输出电压灵活，与第二级输出电压、输入电压、输出功率紧密相关，密切配合LLC工作，保证LLC变换电路始终工作在谐振点附近，保持高效运行；
2.利用MOS管的开关特性和反向二极管特性，减少了反向并联二极管，电路复杂性降低；
3.本发明根据输出电压和电流自适应判断输出整流模式。可以有体二极管整流和mos管同步整流模式。这样电路的对电压输入范围，对电压输出范围，对负载大小的兼容性非常强。可以保证任何条件下保持高效的运行模式。
3.本发明的DC/DC部分电路控制简单，只需要固定比和固定频率，而且对管的驱动信号完全相同。相当于只是需要控制AC/DC转换电路的开关就行，极大地较少了控制难度。同时也增加了稳定性。对比现有的方案已经简化了很多。
4.本发明的变压器匝比控制电压的功能。可以通过调节合适的匝比来匹配输出电压范围，保证AC/DC转换电路的电压波动范围。降低器件的应力，提高系统的响应特性。
5.本发明相对于现有的方案，高效输出电压功率的范围几倍，高效输出的电压跨度大。
6.本发明工作在软开关状态下，器件应力小，电磁兼容性好，损耗小，效率高。
附图说明
图1所示为本发明的双向AC/DC变换器的一个实施例的电路原理示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。
请参阅图1，在本发明的一个实施例中，双向AC/DC变换器包括变压器T1，变压器T1一侧为原边回路，包括依次连接的AC/DC转换电路、储能电容C4、原边全桥直流变换电路和原边谐振腔；变压器另一侧为负载回路，包括依次连接的负载谐振腔、负载全桥直流变换电路；原边直流变换电路为包括由第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7和第八开关管Q8以全桥的方式连接成而成的原边桥臂电路，产生第一级输出电压；负载直流变换电路为包括由第九开关管Q9、第十开关管Q10、第十一开关管Q11和第十二开关管Q12以全桥的方式连接成而成的负载桥臂电路，产生第二级输出电压。第二级输出电压的与第一级电压保持固定比值关系；开关管本体内均寄生二极管用作整流二极管进行整流。
当电能从原边回路向负载回路流动时，第五开关管Q5和第八开关管Q8以固定的死区时间、固定的占空比、固定的频率开关，第六开关管Q6和第七开关管Q7以固定的死区时间、固定的占空比、固定的频率开关，此时原边直流变换电路为谐振变换网络；当电能从负载回路向原边回路流动时，第五开关管Q5和第八开关管Q8，第六开关管Q6和第七开关管Q7，工作为整流网络，二极管整流或者同步整流模式，此时原边直流变换电路为整流桥。
当电能从负载回路向原边回路流动时，第九开关管Q9和第十一开关管Q11以固定的死区时间、固定的占空比、固定的频率开关，第十开关管Q10和第十二开关管Q12以固定的死区时间、固定的占空比、固定的频率开关，此时负载直流变换电路为谐振变换网络；当电能从原边回路向负载回路流动时，第九开关管Q9和第十一开关管Q11，第十二开关管Q12和第十开关管Q10，工作为整流网络，二极管整流或者同步整流模式，此时负载直流变换电路为整流桥。
当从电网吸收能量(正向)时，AC/DC转换电路工作为PWM整流状态，将电网过来的能量存储在电容C4上；当向电网回馈能量(反向)时，AC/DC转换电路工作为PWM逆变状态，将存储在电容上的能量送到电网，电路工作为PWM逆变状态；这样就实现了电网和电容之间的能量交换。也实现了交流到直流之间的变换。
开关管可以是MOS管、碳化硅MOS管或IGBT等开关器件。
本发明的变换器的工作原理如下：
第二级输出电压的与第一级电压保持某种比值关系，具体比值大小由输出功率、输出电压、能量流动的所决定。这样保证无论能量流动的方向如何，原边谐振腔和负载谐振腔均工作在谐振点附近，保持高效率的软开关工作状态。第一级输出电压通过AC/DC转换电路的PWM变换控制与电网之间实现能量的双向流动。
请参阅图1，在本发明的一个实施例中，AC/DC转换电路包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4，第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4以全桥的方式连接成第一桥臂电路。
请参阅图1，在本发明的一个实施例中，原边谐振腔包括串联连接的原边谐振电感L1和原边谐振电容C1。
请参阅图1，在本发明的一个实施例中，负载谐振腔包括串联连接的负载谐振电感L2和负载谐振电容C3。
请参阅图1，在本发明的一个实施例中，原边谐振电感L1连接于第五开关管Q5的S极与第七开关管Q7的D极连接处；原边谐振电容C1连接于第六开关管Q6的S极与第八开关管Q8的D极连接处。
请参阅图1，在本发明的一个实施例中，负载谐振电感L2连接于第十二开关管Q12的S极与第十一开关管Q11的D极连接处；负载谐振电容C3连接于第九开关管Q9的S极与第十开关管Q10的D极连接处。
请参阅图1，在本发明的一个实施例中，变换器连接滤波器，滤波器输出一端连接于第一开关管Q1的S极与第三开关管Q3的D极连接处；滤波器输出另一端连接于第二开关管Q2的S极与第四开关管Q4的D极连接处。
虽然以上述较佳的实施例对本发明做出了详细的描述，但并非用上述实施例限定本发明。本领域的技术人员应当意识到在不脱离本发明技术方案所给出的技术特征和范围的情况下，对技术特征所作的增加、以本领域一些同样内容的替换，均应属本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种双向AC/DC变换器，其特征在于：包括变压器，所述变压器一侧为原边回路，包括依次连接的AC/DC转换电路、储能电容、原边全桥直流变换电路和原边谐振腔；所述变压器另一侧为负载回路，包括依次连接的负载谐振腔、负载全桥直流变换电路；所述原边直流变换电路为包括由第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管以全桥的方式连接成而成的原边桥臂电路，产生第一级输出电压；所述负载直流变换电路为包括由第九开关管、第十开关管、第十一开关管和第十二开关管以全桥的方式连接成而成的负载桥臂电路，产生第二级输出电压；当电能从原边回路向负载回路流动时，第五开关管和第八开关管以固定的死区时间、固定的占空比、固定的频率开关，第六开关管和第七开关管以固定的死区时间、固定的占空比、固定的频率开关；当电能从负载回路向原边回路流动时，第九开关管和第十一开关管以固定的死区时间、固定的占空比、固定的频率开关，第十开关管和第十二开关管以固定的死区时间、固定的占空比、固定的频率开关；所述第二级输出电压的与第一级电压保持固定比值关系；所述开关管本体内均寄生二极管用作整流二极管进行整流。
2.根据权利要求1所述的双向AC/DC变换器，其特征在于：所述AC/DC转换电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管以全桥的方式连接成第一桥臂电路。
3.根据权利要求1所述的双向AC/DC变换器，其特征在于：所述原边谐振腔包括串联连接的原边谐振电感和原边谐振电容。
4.根据权利要求1所述的双向AC/DC变换器，其特征在于：所述负载谐振腔包括串联连接的负载谐振电感和负载谐振电容。
5.根据权利要求3所述的双向AC/DC变换器，其特征在于：所述原边谐振电感连接于所述第五开关管的S极与第七开关管D极连接处；所述原边谐振电容连接于所述第六开关管的S极与第八开关管D极连接处。
6.根据权利要求4所述的双向AC/DC变换器，其特征在于：所述负载谐振电感连接于所述第十二开关管的S极与第十一开关管D极连接处；所述负载谐振电容连接于所述第九开关管的S极与第十开关管D极连接处。
7.根据权利要求2所述的双向AC/DC变换器，其特征在于：所述变换器连接滤波器，所述滤波器输出一端连接于所述第一开关管的S极与第三开关管D极连接处；所述滤波器输出另一端连接于所述第二开关管的S极与第四开关管D极连接处。
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