CN110266194A - 一种对称谐振腔的双向dc-dc变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电力电子变换器技术领域，具体为一种对称谐振腔的双向DC‑DC变换器，其能够减小谐振波形电流电压畸变，提高变换器的系统效率，其包括变压器，高压电源、低压负载、高压侧开关网络、高压侧对称谐振腔、低压侧对称谐振腔、低压侧开关网络，高压侧对称谐振腔位于高压侧开关网络和变压器之间，高压侧对称谐振腔包括第一谐振腔与第二谐振腔，第一谐振腔由第一谐振电感L r1和第一电容C r1串联构成，第二谐振腔由第二谐振电感L r1和第二电容C r1串联构成；低压侧对称谐振腔位于变压器和低压侧开关网络之间，低压侧对称谐振腔包括N个对称谐振腔，N为大于等于1的整数，第i(1≤i≤N)个对称谐振腔包括i3谐振腔与i4谐振腔。

Description

一种对称谐振腔的双向DC-DC变换器
技术领域
本发明属于电力电子变换器技术领域，具体为一种对称谐振腔的双向DC-DC变换器。
背景技术
系留无人机通过高压电缆连接机载电源与地面供电设备，与传统的使用电池动力系统的无人机(UAVS)相比，具有高载荷，长滞空时间等优点。目前常见的线缆直流母线电压为380V，这种直流母线电压较低，增大了线缆重量，降低了无人机有效载荷。通过提高直流母线电压(1kV)，可以实现在相同功率等级条件下，更小的电流，更轻的线缆重量，因而提高无人机有效载荷。因此，高压直流母线成为高功率密度系留无人机发展的必然趋势。与此类似的是，电动汽车和船舶的母线电压也有从400V提高到800V或1kV的技术趋势，通过提高电压降低损耗和系统重量。
同时，许多电力应用如电池充电器、汽车电源、可再生能源、不间断电源和智能电网系统都需要双向DC-DC变换器(BDC)，以便在安装了发电和耗电设备的直流电压母线之间进行双向功率传输。双向DC-DC变换器目前专注于在高频变换器中减小开关损耗，由于CLLC电路可实现原边开关管与副边整流管的软开关，因此CLLC被广泛引用在双向DC-DC变换器中。
但是在高压输入、低压大电流输出应用中，变压器的匝比很大，变压器具有较大的寄生电容和寄生电感，这些寄生参数在谐振变换器中影响较大，可能使谐振波形发生畸变，进而破坏CLLC电路的软开关条件，增大开关损耗甚至破坏开关管。此外，大匝比的变压器难以平面化，无法进一步提高功率密度；平面矩阵变压器具有高度低，热分布均匀，自动实现原边均压和副边均流的优点，因此，在高压输入、低压大电流输出的场合，可以采用平面矩阵变压器，承担高压大电流。然而，平面变压器绕组匝间电容正对面积大，匝间电容也较大；容易造成电流电压的畸变，变换器效率较低。
发明内容
为了解决现有电流电压畸变，变换器效率低的问题，本发明提供了一种对称谐振腔的双向DC-DC变换器，其能够减小谐振波形电流电压畸变，提高变换器的系统效率。
其技术方案是这样的：一种对称谐振腔的双向DC-DC变换器，其包括变压器，高压电源、低压负载，其特征在于，其还包括高压侧开关网络、高压侧对称谐振腔、低压侧对称谐振腔、低压侧开关网络，所述高压侧对称谐振腔位于所述高压侧开关网络和所述变压器之间，所述高压侧对称谐振腔包括第一谐振腔与第二谐振腔，所述第一谐振腔由第一谐振电感Lr1和第一电容Cr1串联构成，所述第二谐振腔由第二谐振电感Lr1和第二电容Cr1串联构成；所述低压侧对称谐振腔位于所述变压器和低压侧开关网络之间，所述低压侧对称谐振腔包括N个对称谐振腔，N为大于等于1的整数，第i(1≤i≤N)个对称谐振腔包括i3谐振腔与i4谐振腔，所述i3谐振腔由谐振电感Lri3和谐振电容Cri3串联构成，所述i4谐振腔由谐振电感Lri4和谐振电容Cri4串联构成；
所述高压侧对称谐振腔与所述低压侧对称谐振腔中各元件值如式(1)所示；
Lr1＝Lr2＝Lri.3＝Lri.4,Cr1＝Cr2＝Cri.3＝Cri.4,1≤i≤N (1)
其进一步特征在于，所述高压侧开关网络由全桥电路构成，包括第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4，所述第一开关管S1与第三开关管S3串联构成第一桥臂，所述第二开关管S2与所述第四开关管S4串联构成第二桥臂，所述第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4均为MOS管；
所述高压侧开关网络由半桥电路构成，包括第一开关管S1、第二开关管S2、第一电容C1、第二电容C2；所述第一开关管S1与所述第二S2串联构成第一桥臂，所述第一电容C1与所述第二电容C2串联构成第二桥臂，所述第一开关管S1、第二开关管S2均为MOS管；
所述低压侧开关网络由N个全桥电路构成，第i(1≤i≤N)个全桥电路包括i5开关管Si5、i6开关管Si6、i7开关管Si7、i8开关管Si8；所述i5开关管Si5与所述i6开关管Si6串联构成i3桥臂，所述i7开关管Si7与所述i8开关管Si8串联构成i4桥臂；N个所述全桥电路输出端并联连接，所述低压侧开关网络中所有的开关管均为MOS管；
所述低压侧开关网络由N个半桥电路构成，包括i5开关管Si5、i6开关管Si6、i3电容Ci3、i4电容Ci4；所述i5开关管Si5与所述i6开关管Si6串联构成i3桥臂，所述i3电容Ci3与所述i4电容Ci4串联构成i4桥臂；N个所述半桥电路输出端并联连接，所述低压侧开关网络中所有的开关管均为MOS管；
所述第一谐振腔与所述第一桥臂中点A、所述变压器输入侧端口Tp1相连，所述第二谐振腔与所述第二桥臂中点B、所述变压器输入侧端口Tp2相连；所述i3谐振腔与所述变压器输出侧端口Ts1、所述i3桥臂中点iC相连，所述第四谐振腔与所述变压器输出侧端口Ts2、所述i4桥臂中点iD相连；
所述高压侧对称谐振腔的第一谐振电感Lr1与第二谐振电感Lr2由两个分立电感构成或由一个耦合电感实现；所述低压侧对称谐振腔的谐振电感Lri3与谐振电感Lri4由两只分立电感构成或由一个耦合电感实现；
所述变压器由单独变压器构成，原边同名端和异名端分别构成变压器输入端口Tp1和Tp2，副边同名端和异名端分别构成变压器输出端口Ts1和输出端口Ts2；
所述变压器由矩阵变压器构成，N个单独变压器的原边串联构成矩阵变压器的原边，第1个变压器的输入端口Tp11和第N个变压器的输入端口TpN2分别构成矩阵变压器的输入端口Tp1和Tp2；N个单独变压器的副边并联连接构成矩阵变压器的副边，N个变压器的输出端口Tsi1(1≤i≤N)相连构成矩阵变压器的输出端口Ts1，N个变压器的输出端口Tsi2(1≤i≤N)相连构成矩阵变压器的输出端口Ts2；
所述变压器由N个单独变压器构成，N个单独变压器的原边串联连接，第1个变压器的输入端口Tp11和第N个变压器的输入端口TpN2分别构成矩阵变压器的输入端口Tp1和Tp2；第i(1≤i≤N)个变压器的输出端口Tsi1和Tsi2分别与i3谐振腔和i4谐振腔连接。
采用本发明后，通过设置对称布置的谐振腔，大幅降低了谐振电流电压畸变，实现了全部开关管ZVS，提高了变换器的效率。
附图说明
图1是本发明使用对称谐振腔的全桥双向DC-DC变换器；
图2是本发明使用对称谐振腔的半桥双向DC-DC变换器；
图3是本发明耦合电感式对称谐振腔的双向DC-DC变换器；
图4是本发明使用对称谐振腔的矩阵变压器双向DC-DC变换器；
图5是本发明使用多对称谐振腔的多变压器双向DC-DC变换器；
图6是含寄生参数的传统全桥LLC电路；
图7是未采用发明电路的谐振腔等效电路；
图8是采用发明电路的谐振腔等效电路；
图9是采用本发明电路的谐振腔电流和开关管电压波形图；
图10是未采用本发明电路的谐振腔电流和开关管电压波形图；
图11是采用本发明电路的谐振电流仿真波形图；
图12是采用本发明电路的开关管电压仿真波形图。
图中元器件符号说明：
Vdc 输入电压 Cds 输入电容
Vo 输出电压 Co 输出电容
S1 第一开关管 S2 第二开关管
S3 第三开关管 S4 第四开关管
Si5 i5开关管 Si6 i6开关管
Si7 i7开关管 Si8 i8开关管
C1 第一电容 C2 第二电容
Ci3 i3电容 Ci4 i4电容
Lr1 第一谐振电感 Lr2 第二谐振电感
Cr1 第一谐振电容 Cr2 第二谐振电容
Lri3 i3谐振电感 Lri4 i3谐振电感
Cri3 i4谐振电容 Cri4 i4谐振电容
iLr1 高压侧谐振腔输入电流 iLr2 高压侧谐振腔输出电流
iLri3 低压侧谐振腔输入电流 iLri4 低压侧谐振腔输出电流
Lm 激磁电感 iLm 激磁电流
具体实施方式
下面结合附图对本发明创造做进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。
一种对称谐振腔的双向DC-DC变换器，其包括变压器，高压电源、低压负载，其特征在于，其还包括高压侧开关网络、高压侧对称谐振腔、低压侧对称谐振腔、低压侧开关网络，高压侧对称谐振腔位于高压侧开关网络和变压器之间，高压侧对称谐振腔包括第一谐振腔与第二谐振腔，第一谐振腔由第一谐振电感Lr1和第一电容Cr1串联构成，第二谐振腔由第二谐振电感Lr1和第二电容Cr1串联构成；低压侧对称谐振腔位于变压器和低压侧开关网络之间，低压侧对称谐振腔包括N个对称谐振腔，N为大于等于1的整数，第i(1≤i≤N)个对称谐振腔包括i3谐振腔与i4谐振腔，i3谐振腔由谐振电感Lri3和谐振电容Cri3串联构成，i4谐振腔由谐振电感Lri4和谐振电容Cri4串联构成；
高压侧对称谐振腔与低压侧对称谐振腔中各元件值如式(1)所示；
Lr1＝Lr2＝Lri.3＝Lri.4,Cr1＝Cr2＝Cri.3＝Cri.4,1≤i≤N (1)
谐振电路的三元件谐振频率为(2)，其两元件谐振频率为(3)；
谐振腔参数比值λ，品质因数Q如式(4)，其中Rac为折合负载电阻；
标幺化工作频率fn如式(5)，其中fs为工作频率；
首先确定变换器的两元件谐振频率fr与变压器匝比N，其谐振腔输出增益G为(6)；
根据所需要的增益区间(Gmin,Gmax)，由(6)确定Q与λ，再通过(4)求解出Lm，Lr1和Cr1，再根据(1)配置对称谐振腔参数Lr1、Lr2、Lri3、Lri4、Cr1、Cr2、Cri3、Cri4。
图6给出了在高压高频应用中的传统CLLC谐振变换器。其中，Cps为平面变压器原副边之间的匝间电容，ips为匝间电容上的位移电流。谐振腔分别位于两条支路上，Lr位于变压器与开关网络桥臂中点A之间，Cr位于变压器与开关网络桥臂中点B之间。图7给出了传统CLLC变换器中的谐振腔等效电路图，可见位移电流存在两条阻抗不同的导通回路，其中回路1与回路2阻抗Z1、Z2如(7)所示，两条回路的位移电流ips1与ips2如(8)所示。
不考虑位移电流时，图9给出了理想LLC变换器波形，在死区时间t1～t2内，谐振电流iLr1和iLr2给MOS管S1～S4的输出电容Coss充放电，以此实现ZVS。但由(8)可知，在高频高压应用场合下，位移电流相对谐振电流不可忽略，并且大多流经谐振电容所在支路即ips2>>ips1。因此，位移电流对谐振电流iLr2的削减更严重，导致iLr2小于iLr1，造成谐振腔的输入电流与输出电流不同，产生图10所示的电路畸变；同时由于iLr2减小，谐振腔输入电流iLr1与输出电流iLr2对开关管输出电容Coss的抽流能力不同，其中iLr2无法提供足够的抽流能力，造成图10所示开关管硬开关。
实施例一：本发明对称谐振腔的全桥双向DC-DC变换器：
如图1所示，本发明的对称谐振腔的全桥双向DC-DC变换器，包括高压电源、高压侧开关网络、高压侧对称谐振腔、变压器、低压侧对称谐振腔、低压侧开关网络和低压负载。
高压侧对称谐振腔位于高压侧开关网络和变压器之间，包括第一谐振腔与第二谐振腔，第一谐振腔由第一谐振电感Lr1和第一电容Cr1串联构成，第二谐振腔由第二谐振电感Lr1和第二电容Cr1串联构成；低压侧对称谐振腔位于变压器和低压侧开关网络之间，包括1个对称谐振腔，包括13谐振腔与14谐振腔，13谐振腔由谐振电感Lri3和谐振电容Cri3串联构成，14谐振腔由谐振电感Lr14和谐振电容Cr14串联构成；高压侧对称谐振腔与低压侧对称谐振腔中各元件值如式(1)所示，所述第一、第二、i3、i4谐振电感均由独立电感构成。
Lr1＝Lr2＝Lr13＝Lr14,Cr1＝Cr2＝Cr13＝Cr14 (9)
高压侧开关网络由全桥电路构成，包括第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4，第一开关管S1与第三开关管S3串联构成第一桥臂，第二开关管S2与第四开关管S4串联构成第二桥臂，第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4均为MOS管；低压侧开关网络由1个全桥电路构成，包括开关管S15，开关管S16，开关管S17，开关管S18；开关管S15与S16串联构成13桥臂，开关管S17与S18串联构成14桥臂，低压侧开关网络中开关管均为MOS管；
所述第一谐振腔与第一桥臂中点A和变压器输入侧端口Tp1相连，第二谐振腔与第二桥臂中点B和变压器输入侧端口Tp2相连；所述13谐振腔与变压器输出侧端口Ts1和13桥臂中点1C相连，第四谐振腔与变压器输出侧端口Ts2和14桥臂中点1D相连。
变压器由单独变压器构成，原边同名端和异名端分别构成变压器输入端口Tp1和Tp2；副边同名端和异名端分别构成变压器输出端口Ts1和输出端口Ts2
图8给出了所提的对称谐振腔的等效电路图。通过使用对称分离的谐振腔，输入和输出谐振电流分别流经回路1和回路2，两条回路阻抗参数相同为(9)，则两支路的位移电流相同。因此，谐振腔的输入电流与输出电流相同，未产生畸变；同时如图12所示，开关管实现软开关。因此使用本发明的对称谐振腔的全桥双向DC-DC变换器，在实现双向能量传递的基础上，大幅降低了谐振电流波形畸变，实现了全部开关管ZVS，减小了开关管的开关损耗，提高了变换器效率。同时单个器件损耗低，温升低，有利于变换器热设计。
实施例二：本发明对称谐振腔的半桥双向DC-DC变换器：
基于实施例一中所述电路，本实例给出了对称谐振腔的半桥双向DC-DC变换器，如图2所示，包括高压电源、高压侧半桥开关网络、高压侧对称谐振腔、变压器、低压侧对称谐振腔、低压侧半桥开关网络和低压负载。
实施例二相对实施例一仅对高压侧开关网络和低压侧开关网络进行改变，高压侧开关网络由半桥电路构成，包括第一开关管S1，第二开关管S2，第一电容C1，第二电容C2；开关管S1与S2串联构成第一桥臂，第一电容C1与第二电容C2串联构成第二桥臂，其中开关管S1、S2均为MOS管；低压侧开关网络由单个半桥电路构成，包括15开关管S15，16开关管Si6，13电容C13，14电容C14；15开关管S15与16开关管S16串联构成13桥臂，13电容C13与14电容C14串联构成第二桥臂，低压侧开关网络中开关管均为MOS管。与实施例一相同，使用本发明对称谐振腔的半桥双向DC-DC变换器，在实现双向能量传递的基础上，大幅降低了谐振电流波形畸变，实现了全部开关管ZVS，减小了开关管的开关损耗，提高了变换器效率。同时单个器件损耗低，温升低，有利于变换器热设计。
实施例三：本发明耦合电感式对称谐振腔的双向DC-DC变换器：
基于实施例一中所述电路，本实例给出了耦合电感式对称谐振腔的双向DC-DC变换器，如图3所示，包括高压电源、高压侧开关网络、高压侧耦合电感式对称谐振腔、变压器、低压侧耦合电感式对称谐振腔、低压侧开关网络和低压负载。
实施例三相对实施例一仅对第一、第二、13、14谐振腔进行改变，第一、第二谐振电感由一个耦合电感构成，13、14谐振电感由一个耦合电感构成。与实施例一相同，使用本发明耦合电感式对称谐振腔的双向DC-DC变换器，在实现双向能量传递的基础上，大幅降低了谐振电流波形畸变，实现了全部开关管ZVS，减小了开关管的开关损耗，提高了变换器效率。同时单个器件损耗低，温升低，有利于变换器热设计。
实施例四：本发明对称谐振腔的矩阵变压器双向DC-DC变换器：
基于实施例一中所述电路，本实例给出了对称谐振腔的矩阵变压器双向DC-DC变换器，如图4所示，包括高压电源、高压侧开关网络、高压侧对称谐振腔、矩阵变压器、低压侧对称谐振腔、低压侧开关网络和低压负载。
实施例四相对实施例一仅对变压器进行改变，所述变压器或由矩阵变压器构成，3个单独变压器的原边串联构成矩阵变压器的原边，第1个变压器的输入端口Tp11和第3个变压器的输入端口Tp32分别构成矩阵变压器的输入端口Tp1和Tp2；3个单独变压器的副边并联连接构成矩阵变压器的副边，3个变压器的输出端口Tsi1(1≤i≤3)相连构成矩阵变压器的输出端口Ts1，3个变压器的输出端口Tsi2(1≤i≤3)相连构成矩阵变压器的输出端口Ts2；同时，所述第一谐振电感Lr1与第二谐振电感Lr2或由一个耦合电感构成，所述13谐振电感和14谐振电感或由一个耦合电感构成。与实施例一相同，使用对称谐振腔的矩阵变压器双向DC-DC变换器，在实现双向能量传递的基础上，提高了副边带载能力，大幅降低了谐振电流波形畸变，实现了全部开关管ZVS，减小了开关管的开关损耗，提高了变换器效率。同时单个器件损耗低，温升低，有利于变换器热设计。
实施例五：本发明多对称谐振腔的多变压器双向DC-DC变换器：
基于实施例一中所述电路，本实例给出了多对称谐振腔的多变压器双向DC-DC变换器，如图5所示，包括高压电源、高压侧开关网络、高压侧对称谐振腔、多变压器、低压侧对称谐振腔、低压侧开关网络和低压负载。
实施例五相对实施例一对变压器和低压侧对称谐振腔进行改变，所述变压器或由2个单独变压器构成，2个单独变压器的原边串联连接，第1个变压器的输入端口Tp11和第2个变压器的输入端口Tp22分别构成矩阵变压器的输入端口Tp1和Tp2；第1个变压器的输出端口Tp11和Tp12分别与13谐振腔和14谐振腔连接，第2个变压器的输出端口Tp21和Tp22分别与23谐振腔和24谐振腔连接。
低压侧对称谐振腔包括13、14、23、24谐振腔，13谐振腔由谐振电感Lr13和谐振电容Cr13串联构成，14谐振腔由谐振电感Lr14和谐振电容Cr14串联构成，23谐振腔由谐振电感Lr23和谐振电容Cr23串联构成，24谐振腔由谐振电感Lr24和谐振电容Cr24串联构成；低压侧对称谐振腔中各元件值如式(1)所示，所述13、14、23、24谐振电感均由独立电感构成；同时，所述第一谐振电感Lr1与第二谐振电感Lr2或由一个耦合电感构成，所述13谐振电感和14谐振电感或由一个耦合电感构成，所述23谐振电感和24谐振电感或由一个耦合电感构成。
Lr1＝Lr2＝Lr13＝Lr14＝Lr23＝Lr24,Cr1＝Cr2＝Cr13＝Cr14＝Cr23＝Cr24 (1)
与实施例一相同，使用多对称谐振腔的多变压器双向DC-DC变换器，在实现双向能量传递的基础上，提高了副边带载能力与负载电流控制能力，大幅降低了谐振电流波形畸变，实现了全部开关管ZVS，减小了开关管的开关损耗，提高了变换器效率。同时单个器件损耗低，温升低，有利于变换器热设计。
综上所述，本发明的对称谐振腔的双向DC-DC变换器适用于双向能量传送的高压高频变换器场合，可以在全负载范围实现ZVS和ZCS，减小变换器的损耗，提高变换器的总体效率，同时电路简单，可靠性高，具备现有电路所不具备的优势。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (9)

1.一种对称谐振腔的双向DC-DC变换器，其包括变压器，高压电源、低压负载，其特征在于，其还包括高压侧开关网络、高压侧对称谐振腔、低压侧对称谐振腔、低压侧开关网络，所述高压侧对称谐振腔位于所述高压侧开关网络和所述变压器之间，所述高压侧对称谐振腔包括第一谐振腔与第二谐振腔，所述第一谐振腔由第一谐振电感L r1和第一电容C r1串联构成，所述第二谐振腔由第二谐振电感L r1和第二电容C r1串联构成；所述低压侧对称谐振腔位于所述变压器和低压侧开关网络之间，所述低压侧对称谐振腔包括N个对称谐振腔，N为大于等于1的整数，第i(1≤i≤N)个对称谐振腔包括i3谐振腔与i4谐振腔，所述i3谐振腔由谐振电感L ri3和谐振电容C ri3串联构成，所述i4谐振腔由谐振电感L ri4和谐振电容C ri4串联构成；
所述高压侧对称谐振腔与所述低压侧对称谐振腔中各元件值如式(1)所示；
(1)
根据权利要求1所述的一种对称谐振腔的双向DC-DC变换器，其特征在于，所述高压侧开关网络由全桥电路构成，包括第一开关管S 1、第二开关管S 2、第三开关管S 3、第四开关管S 4，所述第一开关管S 1与第三开关管S 3串联构成第一桥臂，所述第二开关管S 2与所述第四开关管S 4串联构成第二桥臂，所述第一开关管S 1、第二开关管S 2、第三开关管S 3、第四开关管S 4均为MOS管。
2.根据权利要求1所述的一种对称谐振腔的双向DC-DC变换器，其特征在于，所述高压侧开关网络由半桥电路构成，包括第一开关管S 1、第二开关管S 2、第一电容C 1、第二电容C 2；所述第一开关管S 1与所述第二S 2串联构成第一桥臂，所述第一电容C 1与所述第二电容C 2串联构成第二桥臂，所述第一开关管S 1、第二开关管S 2均为MOS管。
3.根据权利要求1所述的一种对称谐振腔的双向DC-DC变换器，其特征在于，所述低压侧开关网络由N个全桥电路构成，第i(1≤i≤N)个全桥电路包括i5开关管S i5、i6开关管S i6、i7开关管S i7、i8开关管S i8；所述i5开关管S i5与所述i6开关管S i6串联构成i3桥臂，所述i7开关管S i7与所述i8开关管S i8串联构成i4桥臂； N个所述全桥电路输出端并联连接，所述低压侧开关网络中所有的开关管均为MOS管。
4.根据权利要求1所述的一种对称谐振腔的双向DC-DC变换器，其特征在于，所述低压侧开关网络由N个半桥电路构成，包括i5开关管S i5、i6开关管S i6、i3电容C i3、i4电容C i4；所述i5开关管S i5与所述i6开关管S i6串联构成i3桥臂，所述i3电容C i3与所述i4电容C i4串联构成i4桥臂；N个所述半桥电路输出端并联连接，所述低压侧开关网络中所有的开关管均为MOS管。
5.根据权利要求2-5所述的一种对称谐振腔的双向DC-DC变换器，其特征在于，所述第一谐振腔与所述第一桥臂中点A、所述变压器输入侧端口T p1相连，所述第二谐振腔与所述第二桥臂中点B、所述变压器输入侧端口T p2相连；所述i3谐振腔与所述变压器输出侧端口T s1、所述i3桥臂中点iC相连，所述第四谐振腔与所述变压器输出侧端口T s2、所述i4桥臂中点iD相连。
6.根据权利要求1所述的一种对称谐振腔的双向DC-DC变换器，所述高压侧对称谐振腔的第一谐振电感L r1与第二谐振电感L r2由两个分立电感构成或由一个耦合电感实现；所述低压侧对称谐振腔的谐振电感L ri3与谐振电感L ri4 由两只分立电感构成或由一个耦合电感实现。
7.根据权利要求1所述的一种对称谐振腔的双向DC-DC变换器，所述变压器由单独变压器构成，原边同名端和异名端分别构成变压器输入端口T p1和T p2，副边同名端和异名端分别构成变压器输出端口T s1和输出端口T s2。
8.根据权利要求1所述的一种对称谐振腔的双向DC-DC变换器，所述变压器由矩阵变压器构成，N个单独变压器的原边串联构成矩阵变压器的原边，第1个变压器的输入端口T p11和第N个变压器的输入端口T pN2分别构成矩阵变压器的输入端口T p1和T p2；N个单独变压器的副边并联连接构成矩阵变压器的副边，N个变压器的输出端口T si1 (1≤i≤N) 相连构成矩阵变压器的输出端口T s1，N个变压器的输出端口T si2 (1≤i≤N) 相连构成矩阵变压器的输出端口T s2。
9.根据权利要求1所述的一种对称谐振腔的双向DC-DC变换器，所述变压器由N个单独变压器构成，N个单独变压器的原边串联连接，第1个变压器的输入端口T p11和第N个变压器的输入端口T pN2分别构成矩阵变压器的输入端口T p1和T p2；第i(1≤i≤N)个变压器的输出端口T si1和T si2分别与i3谐振腔和i4谐振腔连接。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111987923A (zh) * 2020-08-07 2020-11-24 西北工业大学 一种采用矩阵变压器的大功率高升压比直流变换器
CN113258780A (zh) * 2021-05-11 2021-08-13 中车青岛四方车辆研究所有限公司 用于有轨电车辅助电源dc/dc电路的参数选择方法及控制方法
CN113556040A (zh) * 2021-07-29 2021-10-26 石家庄通合电子科技股份有限公司 多路llc谐振变换器、谐振变换器电路和充电桩
CN113992023A (zh) * 2021-10-25 2022-01-28 电子科技大学 一种隔离型双谐振双向直流变压器
CN113992016A (zh) * 2021-12-24 2022-01-28 深圳市永联科技股份有限公司 低压大电流输出电路及低压大电流充电系统

Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5434767A (en) * 1994-01-10 1995-07-18 University Of Central Florida Power converter possessing zero-voltage switching and output isolation
CN103312174A (zh) * 2012-03-15 2013-09-18 台达电子企业管理（上海）有限公司 变换器电路及其布局以及谐振变换器电路及其布局
CN103683964A (zh) * 2013-12-20 2014-03-26 华为技术有限公司 谐振式双向变换器及不间断电源装置、及控制方法
CN104935157A (zh) * 2014-03-17 2015-09-23 半导体元件工业有限责任公司 用于谐振转换器中的专用启动序列的方法和半导体器件
CN105743356A (zh) * 2014-12-09 2016-07-06 比亚迪股份有限公司 一种llc谐振变换器
CN105897001A (zh) * 2016-05-17 2016-08-24 华南理工大学 一种基于clllc谐振的ac-ac双向变换器
CN205992859U (zh) * 2016-08-10 2017-03-01 卢军 一种对称双向直流变换器
CN106712517A (zh) * 2015-11-12 2017-05-24 华为技术有限公司 一种谐振双向变换电路以及变换器
KR20180004675A (ko) * 2016-07-04 2018-01-12 숭실대학교산학협력단 보조 lc 공진 회로를 갖는 양방향 컨버터 및 그 구동 방법
CN108566096A (zh) * 2018-04-10 2018-09-21 西安理工大学 一种双向dc-dc变换器谐振槽参数的设计方法
CN108988645A (zh) * 2018-06-28 2018-12-11 湘潭大学 一种基于llc谐振的新颖软开关双向dc-dc变换器拓扑
CN109617419A (zh) * 2019-01-07 2019-04-12 浙江大学 一种隔离型三端口dc-dc变换器
CN109687719A (zh) * 2019-02-28 2019-04-26 西安交通大学 一种用于cllc双向隔离型dc-dc变换器的调制方法
CN109787479A (zh) * 2019-03-13 2019-05-21 南昌航空大学 一种包含双谐振腔的双向变换电路以及变换器
CN210780552U (zh) * 2019-07-03 2020-06-16 江苏恰德森科技有限公司 对称谐振腔的双向dc-dc变换器

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5434767A (en) * 1994-01-10 1995-07-18 University Of Central Florida Power converter possessing zero-voltage switching and output isolation
CN103312174A (zh) * 2012-03-15 2013-09-18 台达电子企业管理（上海）有限公司 变换器电路及其布局以及谐振变换器电路及其布局
CN103683964A (zh) * 2013-12-20 2014-03-26 华为技术有限公司 谐振式双向变换器及不间断电源装置、及控制方法
CN104935157A (zh) * 2014-03-17 2015-09-23 半导体元件工业有限责任公司 用于谐振转换器中的专用启动序列的方法和半导体器件
CN105743356A (zh) * 2014-12-09 2016-07-06 比亚迪股份有限公司 一种llc谐振变换器
CN106712517A (zh) * 2015-11-12 2017-05-24 华为技术有限公司 一种谐振双向变换电路以及变换器
CN105897001A (zh) * 2016-05-17 2016-08-24 华南理工大学 一种基于clllc谐振的ac-ac双向变换器
KR20180004675A (ko) * 2016-07-04 2018-01-12 숭실대학교산학협력단 보조 lc 공진 회로를 갖는 양방향 컨버터 및 그 구동 방법
CN205992859U (zh) * 2016-08-10 2017-03-01 卢军 一种对称双向直流变换器
CN108566096A (zh) * 2018-04-10 2018-09-21 西安理工大学 一种双向dc-dc变换器谐振槽参数的设计方法
CN108988645A (zh) * 2018-06-28 2018-12-11 湘潭大学 一种基于llc谐振的新颖软开关双向dc-dc变换器拓扑
CN109617419A (zh) * 2019-01-07 2019-04-12 浙江大学 一种隔离型三端口dc-dc变换器
CN109687719A (zh) * 2019-02-28 2019-04-26 西安交通大学 一种用于cllc双向隔离型dc-dc变换器的调制方法
CN109787479A (zh) * 2019-03-13 2019-05-21 南昌航空大学 一种包含双谐振腔的双向变换电路以及变换器
CN210780552U (zh) * 2019-07-03 2020-06-16 江苏恰德森科技有限公司 对称谐振腔的双向dc-dc变换器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
曹明严;易映萍;张海龙;安昱;: "交直流混合微网中LLC谐振变换器的研究", 电子科技, no. 08, 27 July 2018 (2018-07-27) *
李微;王议锋;韩富强;陈博;: "一种隔离型三端口双向LCLC多谐振直流变换器", 电工技术学报, no. 14, 13 June 2018 (2018-06-13) *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111987923A (zh) * 2020-08-07 2020-11-24 西北工业大学 一种采用矩阵变压器的大功率高升压比直流变换器
CN113258780A (zh) * 2021-05-11 2021-08-13 中车青岛四方车辆研究所有限公司 用于有轨电车辅助电源dc/dc电路的参数选择方法及控制方法
CN113556040A (zh) * 2021-07-29 2021-10-26 石家庄通合电子科技股份有限公司 多路llc谐振变换器、谐振变换器电路和充电桩
CN113992023A (zh) * 2021-10-25 2022-01-28 电子科技大学 一种隔离型双谐振双向直流变压器
CN113992016A (zh) * 2021-12-24 2022-01-28 深圳市永联科技股份有限公司 低压大电流输出电路及低压大电流充电系统
CN113992016B (zh) * 2021-12-24 2022-03-18 深圳市永联科技股份有限公司 低压大电流输出电路及低压大电流充电系统

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