CN110401348A - 一种双向谐振直流-直流变换电路及不间断电源 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电路技术领域，尤其涉及一种双向谐振直流‑直流变换电路及不间断电源，包括全桥变换模块、变压器以及半桥变换模块；全桥变换模块与半桥变换模块通过变压器耦合连接，其中：全桥变换模块用于将二电平直流电转换为交流电，半桥变换模块用于将全桥变换模块输出的交流电能转换为三电平直流电；或者，半桥变换模块用于将三电平直流电转换为交流电，全桥变换模块用于将半桥变换模块输出的交流电能转换为二电平直流电。也就是说，不仅可实现二电平与三电平的相互转换；而且由于一侧采用半桥拓扑，使用的开关器件较少，还可节约空间和硬件成本，与开关电源的小型化趋势相契合。

Description

一种双向谐振直流-直流变换电路及不间断电源
技术领域
本发明涉及电路技术领域，尤其涉及一种双向谐振直流-直流(Direct Current-Direct Current，DC-DC)变换电路及不间断电源(Uninterruptible Power Supply，UPS)。
背景技术
现有技术的双向谐振DC-DC变换电路的拓扑结构，一般都为一边是二电平直流输入\输出，另一边也为二电平直流输出\输入；因此，该拓扑结构不能用于单直流母线到双直流母线或者双直流母线到单直流母线的变换；比如，该拓扑结构不能用于将两线电池连接到三电平UPS的应用。
因此，亟需提供一种新的双向谐振DC-DC变换电路来解决上述问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种双向谐振DC-DC变换电路及UPS，用以解决现有的双向谐振DC-DC变换电路不能用于二电平直流与三电平直流变换的问题。
本发明实施例提供了一种双向谐振直流-直流变换电路，包括全桥变换模块、变压器，以及半桥变换模块；全桥变换模块与半桥变换模块通过变压器耦合连接，其中：
全桥变换模块，用于将二电平直流电转换为交流电；半桥变换模块，用于将全桥变换模块输出的交流电能转换为三电平直流电；
或者，
半桥变换模块，用于将三电平直流电转换为交流电；全桥变换模块，用于将半桥变换模块输出的交流电能转换为二电平直流电。
相应地，本发明实施例还提供了一种不间断电源，包括上述的双向谐振DC-DC变换电路。
本发明有益效果如下：
本发明实施例提供了一种双向谐振DC-DC变换电路以及包括该变换电路的UPS，双向谐振DC-DC变换电路包括全桥变换模块、变压器以及半桥变换模块；全桥变换模块与半桥变换模块通过变压器耦合连接，其中：全桥变换模块用于将二电平直流电转换为交流电，半桥变换模块用于将全桥变换模块输出的交流电能转换为三电平直流电；或者，半桥变换模块用于将三电平直流电转换为交流电，全桥变换模块用于将半桥变换模块输出的交流电能转换为二电平直流电。也就是说，不仅可实现二电平与三电平的相互转换；而且由于一侧采用半桥拓扑，使用的开关器件较少，还可节约空间和硬件成本，与开关电源的小型化趋势相契合。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1所示为本发明实施例中的双向谐振DC-DC变换电路的结构示意图；
图2所示为本发明实施例中的半桥变换模块的拓扑结构示意图；
图3所示为本发明实施例中的半桥变换模块的一种工作原理示意图；
图4所示为本发明实施例中的半桥变换模块的另一种工作原理示意图；
图5所示为本发明实施例中的半桥变换模块的又一种工作原理示意图；
图6所示为本发明实施例中的半桥变换模块的再一种工作原理示意图；
图7所示为本发明实施例中的双向谐振DC-DC变换电路的另一种结构示意图；
图8所示为本发明实施例中的全桥变换模块的拓扑结构示意图；
图9所示为本发明实施例中的双向谐振DC-DC变换电路的又一种结构示意图；
图10所示为本发明实施例中的双向谐振DC-DC变换电路的再一种结构示意图；
图11所示为本发明实施例中的双向谐振DC-DC变换电路的再一种结构示意图；
图12所示为本发明实施例中的任一开关的结构示意图；
图13所示为本发明实例一中的双向谐振DC-DC变换电路的电路结构示意图；
图14所示为本发明实例二中的双向谐振DC-DC变换电路的电路结构示意图；
图15所示为本发明实例三中的双向谐振DC-DC变换电路的电路结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
在诸多领域，如储能技术领域，人们对于实现单直流与双直流变换的需求变得越来越迫切。例如，很多UPS厂家都推出了采用三电平技术的UPS，使得高频UPS的效率得到进一步提升；但是，由于许多机房之前大多采用工频UPS或两电平UPS，配置的电池均为两线电池，即仅包括正极和负极的电池；又由于现有的双向谐振DC-DC变换电路不能实现单直流母线与双直流母线的变换，因此，当机房升级配置三电平UPS设备时，电池部分需重新布线。
再如，在新能源领域，用户端的太阳能设备可利用光能产生电能，以供用户端的用电设备使用；当用户端产生的电能较多时，还可将多余的电能提供给电网；由于电网采用三相电制，因此，若用户端配置两线储能设备，则用户端产生的电能则无法接入电网。
可见，亟需一种新的能够实现二电平与三电平转换的DC-DC变换电路来满足这些应用场景。本发明实施例提供了一种双向谐振DC-DC变换电路，具体地，如图1所示，其为本发明实施例中所述双向谐振DC-DC变换电路的结构示意图，可包括全桥变换模块11、变压器12，以及半桥变换模块13；全桥变换模块11与半桥变换模块13通过变压器12耦合连接，其中：
全桥变换模块11，用于将二电平直流电转换为交流电；半桥变换模块13，用于将全桥变换模块11输出的交流电能转换为三电平直流电；
或者，
半桥变换模块13，用于将三电平直流电转换为交流电；全桥变换模块11，用于将半桥变换模块13输出的交流电能转换为二电平直流电。
也就是说，不仅可实现二电平与三电平的相互转换；而且由于一侧采用半桥拓扑，使用的开关器件较少，还可节约空间和硬件成本，与开关电源的小型化趋势相契合。
在本实施例的一种可实现方式中，变压器12的副边为单绕组，以进一步减小变压器12占用的空间以及降低设备成本。
在本实施例的一种可实现方式中，如图2所示，半桥变换模块13可包括第一开关K1、第二开关K2、第一母线电容C1、第二母线电容C2以及第一谐振电容Crs，其中：
第一开关与K2串联形成第一支路；C1与C2串联形成第二支路；第一支路与第二支路并联形成第三支路，第三支路的一端为三电平直流侧第一极接线端、另一端为三电平直流侧第二极接线端；
K1与第二开关的连接点与Crs的一端连接，Crs的另一端为半桥变换模块13的变压器侧第一接线端；
C1与C2的连接点为三电平直流侧中性线接线端以及半桥变换模块13的变压器侧第二接线端。
其中，需要说明的是，第一极包括正极或者负极，相应地，第二极包括负极或者正极；变压器侧第一接线端包括变压器12副边绕组同名端的接线端或者变压器12副边绕组异名端的接线端，相应地，变压器侧第二接线端包括变压器12副边绕组异名端的接线端或者变压器12副边绕组同名端的接线端。例如，可第三支路的一端为三电平直流侧正极接线端、另一端为三电平直流侧负极接线端，谐振电容的一端与变压器12副边绕组异名端连接，C1与C2的连接点为三电平直流侧中性线接线端以及变压器12副边绕组同名端的接线端。本实施例在此不作任何限定。
也就是说，在双向谐振DC-DC变换电路的双母线侧(三电平直流侧)，基于谐振电容、两个开关器件，以及设定等效电感，不仅可完成三电平直流侧到二电平直流侧方向功率流动时的半桥LLC谐振，或者二电平直流侧到三电平直流侧方向功率流动时的半桥整流；而且，变压器12与半桥变换模块13之间还可无需串联电感器件，可进一步节约空间和设备成本。需要说明的是，这里的设定等效电感可包括但不限于变压器12的漏感、双向谐振DC-DC变换电路的单直流侧(二电平直流侧)设置的电感器件传递到双母线侧的等效电感，本实施例在此不作任何限定。
进一步可选地，在功率流由二电平直流侧向三电平直流侧传递的第一阶段，如图3所示，可K1导通、K2关断，使得变压器12副边绕组的第一端、Crs、K1、C1以及变压器12副边绕组的第二端形成续流回路，C1充电；在功率流由二电平直流侧向三电平直流侧传递的第二阶段，如图4所示，可K1关断、K2导通，使得变压器12副边绕组的第二端、C2、K2、Crs以及变压器12副边绕组的第一端形成续流回路，C2充电。第一阶段与第二阶段循环往复进行，从而实现C1与C2交替充电，即实现将全桥变换模块11输出的交流电能转换为三电平直流电。
需要说明的是，功率流由二电平直流侧向三电平直流侧传递的第一阶段与第二阶段的时间长度之比可灵活设定；具体地，可根据C1的电压值和C2的电压值灵活调整。例如，当C1的电压值大于C2的电压值时，则可设置第一阶段的时间长度小于第二阶段的时间长度；或者，当C1的电压值大于C2的电压值时，则可以一设定步长减小第一阶段的时间长度，并且以该设定步长增大第二阶段的时间长度，本实施例在此不再赘述。
同样可选地，在功率流由三电平直流侧向二电平直流侧传递的第一阶段，如图5所示，可K1导通、K2关断，使得K1、Crs以及变压器12副边绕组形成谐振回路，C1放电；在功率流由三电平直流侧向二电平直流侧传递的第二阶段，如图6所示，可K1关断、K2导通，使得变压器12副边绕组、Crs以及K2形成谐振回路，C2放电。
需要说明的是，功率流由三电平直流侧向二电平直流侧传递的第一阶段与第二阶段的时间长度之比可灵活设定，优选地，第一阶段的时间长度与第二阶段的时间长度相等，本实施例在此不作任何限定。
在本实施例的另一种可实现方式中，如图7所示，所述双向谐振DC-DC变换电路还可包括第一谐振电感Lrs，Lrs可用于与变压器12的副边绕组串联形成第四支路。也就是说，还可在变压器12与半桥变换模块13之间串联电感器件，以完成三电平直流侧到二电平直流侧方向功率流动时的半桥LLC谐振。
在本实施例的一种可实现方式中，如图8所示，全桥变换模块11可包括第三开关K3、第四开关K4、第五开关K5以及第六开关K6，其中：
K3与K4串联形成第五支路；K5与K6串联形成第六支路；第五支路与第六支路并联形成第七支路，第七支路的一端为二电平直流侧第一极接线端、另一端为二电平直流侧第二极接线端；
K3与K4的连接点为全桥变换模块11的变压器侧第一接线端，K5与K6的连接点为全桥变换模块11的变压器侧第二接线端。
这里需要说明的是，第一极包括正极或者负极，相应地，第二极包括负极或者正极；变压器侧第一接线端包括变压器12原边绕组同名端的接线端或者变压器12原边绕组异名端的接线端，相应地，变压器侧第二接线端包括变压器12原边绕组异名端的接线端或者变压器12原边绕组同名端的接线端。例如，可第七支路的一端为二电平直流侧正极接线端、另一端为二电平直流侧负极接线端，K3与K4的连接点与变压器12原边绕组的同名端连接，K5与K6的连接点与变压器12原边绕组的异名端连接。本实施例在此不作任何限定。
也就是说，在双向谐振DC-DC变换电路的单直流侧(二电平直流侧)，基于四个开关器件的开关动作以及设定等效电容，即可完成二电平直流侧到三电平直流侧方向功率流动时的全桥LLC谐振，或者三电平直流侧到二电平直流侧方向功率流动时的全桥整流；无需在全桥变换模块11与变压器12之间串联电容器件或者电感器件，可进一步节约空间和设备成本。需要说明的是，这里的设定等效电容可包括但不限于双向谐振DC-DC变换电路的双母线侧(三电平直流侧)设置的电容器件传递到单直流测的等效电容，本实施例在此不作任何限定。
在本实施例的一种可实现方式中，如图9所示，所述双向谐振DC-DC变换电路，还可包括第二谐振电容Crp，Crp用于与变压器12的原边绕组串联形成第八支路，第八支路连接在全桥变换模块11的变压器侧第一接线端和变压器侧第二接线端之间。
也就是说，在双向谐振DC-DC变换电路的单直流侧，还可基于四个开关器件、Crp，以及设定等效电感，完成二电平直流侧到三电平直流侧方向功率流动时的全桥LLC谐振，或者三电平直流侧到二电平直流侧方向功率流动时的全桥整流；这样，也无需在全桥变换模块11与变压器12之间串联电感器件，同样可以达到节约空间和设备成本的效果。
需要说明的是，这里的设定等效电感可包括但不限于变压器12的漏感、双向谐振DC-DC变换电路的双母线侧设置的电感器件传递到单直流侧的等效电感等，本实施例在此不作任何限定。
在本实施例的又一种可实现方式中，如图10所示，所述双向谐振DC-DC变换电路，还可包括第二谐振电感Lrp，Lrp用于与变压器12的原边绕组串联形成第八支路，第八支路连接在全桥变换模块11的变压器侧第一接线端和变压器侧第二接线端之间。
在本实施例的另一种可实现方式中，如图11所示，所述双向谐振DC-DC变换电路，还可同时包括Crp以及Lrp，Crp、Lrp以及变压器12的原边绕组串联形成第八支路，第八支路连接在全桥变换模块11的变压器侧第一接线端和变压器侧第二接线端之间。
优选地，在本实施例的一种可实施方式中，如图12所示，任一开关可包括开关管121和二极管122，其中：开关管121的输入端与二极管122的负极连接，开关管121的输出端与二极管122的正极连接。
进一步可选地，本实施例中的开关管121具体可为IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)、三极管或者MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)等，本实施例在此不作任何限定。
需要说明的是，当K3、K4、K5以及K6中的开关管121具体为IGBT或者三极管时，三电平直流侧到二电平直流侧方向功率流动时，全桥变换模块11可完成全桥整流；当K3、K4、K5以及K6中的开关管121具体为MOSFET时，三电平直流侧到二电平直流侧方向功率流动时，全桥变换模块11可完成同步整流。
在本实施例的一种可实现方式中，任一开关中的二极管122具体可为快恢复二极管，由于快恢复二极管的反向恢复电流较小，因此，相较于利用普通的二极管，任一开关的耐压值相对较高。
需要说明的是，本实施例提供的所述双向谐振DC-DC变换电路可由上述的各种实施方式组合实施。下面将以不同实例为例，对所述双向谐振DC-DC变换电路进行详细说明。
实例一：
所述双向谐振DC-DC变换电路的拓扑结构可如图13所示，第一开关K1(包括Q1和D1)的第一端与第一母线电容C1的一端连接，连接点为三电平直流侧正极接线端；K1的第二端、第二开关K2(包括Q2和D2)的第一端，以及第一谐振电容Crs的一端连接，Crs的另一端与第一谐振电感Lrs的一端连接，Lrs的另一端与变压器T副边绕组的同名端连接；K2的第二端与第二母线电容C2的一端连接，连接点为三电平直流侧负极接线端；C1的另一端与C2的另一端连接，连接点与T副边绕组的异名端连接，并作为三电平直流侧中性线接线端；
第三开关K3(包括Q3和D3)的第一端与第五开关K5(包括Q5和D5)的第一端连接，连接点为二电平直流侧正极接线端；K3的第二端与第四开关K4(包括Q4和D4)的第一端连接，连接点与第二谐振电容Crp的一端连接，Crp的另一端与T原边绕组的同名端连接；K5的第二端与第六开关K6(包括Q6和D6)的第一端连接，连接点与T原边绕组的异名端连接；K4的第二端与K6的第二端连接，连接点为二电平直流侧负极接线端；
其中，任一开关包括MOS管Q和二极管D，MOS管的漏极与二极管的负极连接，连接点为该任一开关的第一端；MOS管的源极与二极管的正极连接，连接点为该任一开关的第二端；MOS管的栅极为该任一开关的控制端。
其工作原理如下：
在功率流由二电平直流侧向三电平直流侧传递的第一阶段，Q3和Q6导通、Q4和Q5关断，二电平直流侧正极接线端、Q3、Crp、T原边绕组同名端、T原边绕组异名端、Q6以及二电平直流侧负极接线端形成谐振回路；同时，Q1和Q2关断，T副边绕组的同名端、Lrs、Crs、D1、C1以及T副边绕组的异名端(中性线接线端)形成续流回路，C1充电。在功率流由二电平直流侧向三电平直流侧传递的第二阶段，Q4和Q5导通、Q3和Q6关断，二电平直流侧正极接线端、Q5、T原边绕组异名端、T原边绕组同名端、Crp、Q4以及二电平直流侧负极接线端形成谐振回路；同时，Q1和Q2关断，T副边绕组的异名端(中性线接线端)、C2、D2、Crs、Lrs以及T副边绕组的同名端形成续流回路，C2充电；
在功率流由三电平直流侧向二电平直流侧传递的第一阶段，Q1导通、Q2关断，三电平直流侧正极接线端、Q1、Crs、Lrs、T副边绕组同名端以及T副边绕组异名端(中性线接线端)形成谐振回路，C1放电；同时，Q3、Q4、Q5以及Q6均关断，T原边绕组同名端、Crp、D3、二电平直流侧正极接线端、二电平直流侧负极接线端、D6以及T原边绕组异名端形成续流回路，单母线充电。在功率流由三电平直流侧向二电平直流侧传递的第二阶段，Q2导通、Q1关断，中性线接线端(T副边绕组的异名端)、Lrs、Crs、Q2以及三电平直流侧负极接线端形成谐振回路，C2放电；同时，Q3、Q4、Q5以及Q6均关断，T原边绕组异名端、D5、二电平直流侧正极接线端、二电平直流侧负极接线端、D4、Crp以及T原边绕组同名端形成续流回路，单母线充电。
实例二：
所述双向谐振DC-DC变换电路的拓扑结构还可如图14所示，第一开关K1(包括Q1和D1)的第一端与第一母线电容C1的一端连接，连接点为三电平直流侧正极接线端；K1的第二端、第二开关K2(包括Q2和D2)的第一端，以及第一谐振电容Crs的一端连接，Crs的另一端与变压器T副边绕组的同名端连接；K2的第二端与第二母线电容C2的一端连接，连接点为三电平直流侧负极接线端；C1的另一端与C2的另一端连接，连接点与T副边绕组的异名端连接，并作为三电平直流侧中性线接线端；
第三开关K3(包括Q3和D3)的第一端与第五开关K5(包括Q5和D5)的第一端连接，连接点为二电平直流侧正极接线端；K3的第二端、第四开关K4(包括Q4和D4)的第一端以及第二谐振电容Crp的一端连接，Crp的另一端与第二谐振电容Lrp的一端连接，Lrp的另一端与T原边绕组的同名端连接；K5的第二端与第六开关K6(包括Q6和D6)的第一端连接，连接点与T原边绕组的异名端连接；K4的第二端与K6的第二端连接，连接点为二电平直流侧负极接线端；
其中，任一开关包括MOS管Q和二极管D，MOS管的漏极与二极管的负极连接，连接点为该任一开关的第一端；MOS管的源极与二极管的正极连接，连接点为该任一开关的第二端；MOS管的栅极为该任一开关的控制端。
其工作原理如下：
在功率流由二电平直流侧向三电平直流侧传递的第一阶段，Q3和Q6导通、Q4和Q5关断，二电平直流侧正极接线端、Q3、Crp、Lrp、T原边绕组同名端、T原边绕组异名端、Q6以及二电平直流侧负极接线端形成谐振回路；同时，Q1和Q2关断，T副边绕组的同名端、Crs、D1、C1以及T副边绕组的异名端(中性线接线端)形成续流回路，C1充电。在功率流由二电平直流侧向三电平直流侧传递的第二阶段，Q4和Q5导通、Q3和Q6关断，二电平直流侧正极接线端、Q5、T原边绕组异名端、T原边绕组同名端、Lrp、Crp、Q4以及二电平直流侧负极接线端形成谐振回路；同时，Q1和Q2关断，T副边绕组的异名端(中性线接线端)、C2、D2、Crs以及T副边绕组的同名端形成续流回路，C2充电；
在功率流由三电平直流侧向二电平直流侧传递的第一阶段，Q1导通、Q2关断，三电平直流侧正极接线端、Q1、Crs、Lrp传递到三电平直流侧的等效电感、T副边绕组同名端以及T副边绕组异名端(中性线接线端)形成谐振回路，C1放电；同时，Q3、Q4、Q5以及Q6均关断，T原边绕组同名端、Lrp、Crp、D3、二电平直流侧正极接线端、二电平直流侧负极接线端、D6以及T原边绕组异名端形成续流回路，单母线充电。在功率流由三电平直流侧向二电平直流侧传递的第二阶段，Q2导通、Q1关断，中性线接线端(T副边绕组的异名端)、Lrp传递到三电平直流侧的等效电感、Crs、Q2以及三电平直流侧负极接线端形成谐振回路，C2放电；同时，Q3、Q4、Q5以及Q6均关断，T原边绕组异名端、D5、二电平直流侧正极接线端、二电平直流侧负极接线端、D4、Crp、Lrp以及T原边绕组同名端形成续流回路，单母线充电。
实例三：
所述双向谐振DC-DC变换电路的拓扑结构还可如图15所示，第一开关K1(包括Q1和D1)的第一端与第一母线电容C1的一端连接，连接点为三电平直流侧正极接线端；K1的第二端、第二开关K2(包括Q2和D2)的第一端，以及第一谐振电容Crs的一端连接，Crs的另一端与第一谐振电感Lrs的一端连接，Lrs的另一端与变压器T副边绕组的同名端连接；K2的第二端与第二母线电容C2的一端连接，连接点为三电平直流侧负极接线端；C1的另一端与C2的另一端连接，连接点与T副边绕组的异名端连接，并作为三电平直流侧中性线接线端；
第三开关K3(包括Q3和D3)的第一端与第五开关K5(包括Q5和D5)的第一端连接，连接点为二电平直流侧正极接线端；K3的第二端、第四开关K4(包括Q4和D4)的第一端以及第二谐振电容Crp的一端连接，Crp的另一端与第二谐振电容Lrp的一端连接，Lrp的另一端与T原边绕组的同名端连接；K5的第二端与第六开关K6(包括Q6和D6)的第一端连接，连接点与T原边绕组的异名端连接；K4的第二端与K6的第二端连接，连接点为二电平直流侧负极接线端；
其中，任一开关包括MOS管Q和二极管D，MOS管的漏极与二极管的负极连接，连接点为该任一开关的第一端；MOS管的源极与二极管的正极连接，连接点为该任一开关的第二端；MOS管的栅极为该任一开关的控制端。
图15所示的双向谐振DC-DC变换电路，在功率流由三电平直流侧向二电平直流侧传递时，Lrs直接参与了LLC谐振，其它工作原理与图14所示的双向谐振DC-DC变换电路的工作原理类似，此处不再赘述。
基于同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种UPS，所述UPS可包括上述的双向谐振DC-DC变换电路。
综上所述，本实施例提供的双向谐振DC-DC变换电路以及包括该变换电路的UPS，包括全桥变换模块、变压器以及半桥变换模块；全桥变换模块与半桥变换模块通过变压器耦合连接，其中：全桥变换模块用于将二电平直流电转换为交流电，半桥变换模块用于将全桥变换模块输出的交流电能转换为三电平直流电；或者，半桥变换模块用于将三电平直流电转换为交流电，全桥变换模块用于将半桥变换模块输出的交流电能转换为二电平直流电。也就是说，不仅可实现二电平与三电平的相互转换；而且由于一侧采用半桥拓扑，使用的开关器件较少，还可节约空间和硬件成本，与开关电源的小型化趋势相契合。
需要说明的是，附图和说明书中的任何元素数量均用于示例而非限制，以及任何命名都仅用于区分，而不具有任何限制含义。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种双向谐振直流-直流变换电路，其特征在于，包括全桥变换模块、变压器，以及半桥变换模块；所述全桥变换模块与所述半桥变换模块通过所述变压器耦合连接，其中：
所述全桥变换模块，用于将二电平直流电转换为交流电；
所述半桥变换模块，用于将所述全桥变换模块输出的交流电能转换为三电平直流电；
或者，
所述半桥变换模块，用于将三电平直流电转换为交流电；
所述全桥变换模块，用于将所述半桥变换模块输出的交流电能转换为二电平直流电。
2.如权利要求1所述的双向谐振直流-直流变换电路，其特征在于，所述半桥变换模块包括第一开关、第二开关、第一母线电容、第二母线电容以及第一谐振电容，其中：
所述第一开关与所述第二开关串联形成第一支路；
所述第一母线电容与所述第二母线电容串联形成第二支路；
所述第一支路与所述第二支路并联形成第三支路，所述第三支路的一端为三电平直流侧第一极接线端、另一端为三电平直流侧第二极接线端；
所述第一开关与所述第二开关的连接点与所述第一谐振电容的一端连接，所述第一谐振电容的另一端为所述半桥变换模块的变压器侧第一接线端；
所述第一母线电容与所述第二母线电容的连接点为三电平直流侧中性线接线端以及所述半桥变换模块的变压器侧第二接线端。
3.如权利要求2所述的双向谐振直流-直流变换电路，其特征在于，
在功率流由二电平直流侧向三电平直流侧传递的第一阶段，所述第一开关导通、所述第二开关关断，使得所述变压器副边绕组的第一端、所述第一谐振电容、所述第一开关、所述第一母线电容以及所述变压器副边绕组的第二端形成续流回路，所述第一母线电容充电；在功率流由二电平直流侧向三电平直流侧传递的第二阶段，所述第一开关关断、所述第二开关导通，使得所述变压器副边绕组的第二端、所述第二母线电容、所述第二开关、所述第一谐振电容以及所述变压器副边绕组的第一端形成续流回路，所述第二母线电容充电；
或者，
在功率流由三电平直流侧向二电平直流侧传递的第一阶段，所述第一开关导通、所述第二开关关断，使得所述第一开关、所述第一谐振电容以及所述变压器副边绕组形成谐振回路，所述第一母线电容放电；在功率流由三电平直流侧向二电平直流侧传递的第二阶段，所述第一开关关断、所述第二开关导通，使得所述变压器副边绕组、所述第一谐振电容以及所述第二开关形成谐振回路，所述第二母线电容放电。
4.如权利要求2所述的双向谐振直流-直流变换电路，其特征在于，还包括第一谐振电感，其中，所述第一谐振电感，用于与所述变压器的副边绕组串联形成第四支路。
5.如权利要求2～4任一所述的双向谐振直流-直流变换电路，其特征在于，所述全桥变换模块包括第三开关、第四开关、第五开关以及第六开关，其中：
所述第三开关与所述第四开关串联形成第五支路；
所述第五开关与所述第六开关串联形成第六支路；
所述第五支路与所述第六支路并联形成第七支路，所述第七支路的一端为二电平直流侧第一极接线端、另一端为二电平直流侧第二极接线端；
所述第三开关与所述第四开关的连接点为所述全桥变换模块的变压器侧第一接线端，所述第五开关与所述第六开关的连接点为所述全桥变换模块的变压器侧第二接线端。
6.如权利要求5所述的双向谐振直流-直流变换电路，其特征在于，还包括第二谐振电容，所述第二谐振电容，用于与所述变压器的原边绕组串联形成第八支路，所述第八支路连接在所述全桥变换模块的变压器侧第一接线端和变压器侧第二接线端之间。
7.如权利要求5所述的双向谐振直流-直流变换电路，其特征在于，还包括第二谐振电感，所述第二谐振电感，用于与所述变压器的原边绕组串联形成第八支路，所述第八支路连接在所述全桥变换模块的变压器侧第一接线端和变压器侧第二接线端之间。
8.如权利要求5所述的双向谐振直流-直流变换电路，其特征在于，还包括第二谐振电容以及第二谐振电感，所述第二谐振电容、所述第二谐振电感以及所述变压器的原边绕组串联形成第八支路，所述第八支路连接在所述全桥变换模块的变压器侧第一接线端和变压器侧第二接线端之间。
9.如权利要求1所述的双向谐振直流-直流变换电路，其特征在于，所述变压器的副边为单绕组。
10.一种不间断电源，其特征在于，包括权利要求1～9任一所述的双向谐振直流-直流变换电路。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114244122A (zh) * 2021-11-24 2022-03-25 北京动力源科技股份有限公司 一种半桥llc恒功率宽范围变换器拓扑和电路
WO2023217278A1 (zh) * 2022-05-13 2023-11-16 杭州禾迈电力电子股份有限公司 直流变换电路、逆变器及逆变器中点平衡方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020213206A1 (de) 2020-10-20 2022-04-21 Siemens Aktiengesellschaft Bidirektionaler LLC-Resonanzwandler und Verfahren
CN112366950A (zh) * 2020-11-02 2021-02-12 湖南大学 无极控制串联/并联双向电源电路及其控制方法
US20220360187A1 (en) * 2021-05-04 2022-11-10 Enphase Energy, Inc. Gallium nitride bi-directional high electron mobility transistor in switched-mode neutral forming device applications
CN116526862A (zh) * 2023-06-29 2023-08-01 广东省洛仑兹技术股份有限公司 双向变换器及其驱动方法、开关电源

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102882417A (zh) * 2012-10-12 2013-01-16 广东易事特电源股份有限公司 Ups隔离型双向直流变换器
US8363427B2 (en) * 2010-06-25 2013-01-29 Greecon Technologies Ltd. Bi-directional power converter with regulated output and soft switching
CN103187876A (zh) * 2011-12-28 2013-07-03 艾默生网络能源有限公司 一种不间断电源的dc/dc电路
CN103929064A (zh) * 2014-03-24 2014-07-16 江苏固德威电源科技有限公司 一种隔离双向dc/dc变换器及其控制方法
CN104377961A (zh) * 2013-08-16 2015-02-25 台达电子企业管理（上海）有限公司 转换器与降低节点电压的方法
CN208174547U (zh) * 2018-04-25 2018-11-30 维谛公司 一种双向谐振直流-直流变换电路及不间断电源

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI367623B (en) * 2008-03-14 2012-07-01 Delta Electronics Inc Parallel-connected resonant converter circuit and controlling method thereof
US8698354B2 (en) * 2010-11-05 2014-04-15 Schneider Electric It Corporation System and method for bidirectional DC-AC power conversion
US10574084B2 (en) * 2014-03-27 2020-02-25 Schneider Electric It Corporation Bi-directional DC-DC converter
US10199947B2 (en) * 2017-04-05 2019-02-05 Futurewei Technologies, Inc. Isolated partial power processing power converters

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8363427B2 (en) * 2010-06-25 2013-01-29 Greecon Technologies Ltd. Bi-directional power converter with regulated output and soft switching
CN103187876A (zh) * 2011-12-28 2013-07-03 艾默生网络能源有限公司 一种不间断电源的dc/dc电路
CN102882417A (zh) * 2012-10-12 2013-01-16 广东易事特电源股份有限公司 Ups隔离型双向直流变换器
CN104377961A (zh) * 2013-08-16 2015-02-25 台达电子企业管理（上海）有限公司 转换器与降低节点电压的方法
CN103929064A (zh) * 2014-03-24 2014-07-16 江苏固德威电源科技有限公司 一种隔离双向dc/dc变换器及其控制方法
CN208174547U (zh) * 2018-04-25 2018-11-30 维谛公司 一种双向谐振直流-直流变换电路及不间断电源

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114244122A (zh) * 2021-11-24 2022-03-25 北京动力源科技股份有限公司 一种半桥llc恒功率宽范围变换器拓扑和电路
WO2023217278A1 (zh) * 2022-05-13 2023-11-16 杭州禾迈电力电子股份有限公司 直流变换电路、逆变器及逆变器中点平衡方法

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