CN110649813B - 一种隔离型集成化三端口双向dcdc变换器 - Google Patents

一种隔离型集成化三端口双向dcdc变换器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种隔离型集成化三端口双向DCDC变换器，包括集成化变压器T和I端口、II端口、III端口；所述的集成化变压器T，包括一个集成化变压器T的磁芯、一个I端口侧绕组Np1、两个II端口侧绕组NP21和NP22、一个III端口侧绕组NP3；所述的集成化变压器T的磁芯，包括三个磁柱，分别为第一磁柱、中柱、第二磁柱；所述的I端口侧绕组Np1和II端口侧绕组NP21均绕制在第一磁柱和第二磁柱上，所述的II端口侧绕组NP22和III端口侧绕组NP3均绕制在中柱上。该隔离型集成化三端口双向DCDC变换器可以实现三个端口的能量的双向传输，且任意两个端口传输能量时，第三个端口可以实现带载和空载运行。同时，该拓扑通过磁集成的方式，使得变压器数量仅为一个，有利于高效率和高功率密度的实现。

Description

一种隔离型集成化三端口双向DCDC变换器
技术领域
本发明涉及电力电子变换器技术领域，具体涉及一种隔离型集成化三端口双向DCDC变换器。
背景技术
随着环境污染和能源匮乏问题的日益加重，清洁能源的使用越来越受到人们的重视，很多国家开始大力发展和推进新能源汽车的使用。为了提升新能源汽车充电的便携性，很多汽车制造商对电源企业提出了车载充电机以及车内低压大电流DCDC变换器的要求。为了进一步减少车内电源变换器的体积，实现整体功率密度的增加，需要一种能将车载充电机同车内低压大电流DCDC变换器进行集成的电力电子变换器。
基于传统有源桥式变换器，国内外学者提出了一系列的改进措施来实现三端口双向输入输出的要求。如公开号为CN103904905A的专利说明书公开的三端口双向DC/DC变换器，取电流型全桥单元或电流型半桥单元与三绕组变压器的一个端口相连，取电压型全桥单元、电压型半桥单元、升压型半桥单元以及串联谐振型全桥单元中的任意两个相同或不同的电压型基本拓扑单元分别与三绕组变压器的另外两个绕组端口相连，构成基于移相控制的三端口双向DC/DC变换器。该方案将多种有源桥式拓扑进行组合，实现了三个端口能量的双向流动，但由于开关损耗过大，该变换器不适合高压小电流转低压大电流的工作模式。
公开号为CN103208925A的专利说明书公开的一种隔离型DC-DC变换器拓扑电路，包括控制器、太阳能阵输入端、母线输出端、蓄电池端、与蓄电池端连接的电池端口模块以及在太阳能阵输入端和母线输出端之间依次连接的一次侧输入模块、变压器模块和母线负载输出端口模块；一次侧输入模块包括分别半桥连接于太阳能阵输入端正负极之间的第一、第二MOS管和第一、第二电容，第一MOS管和第二MOS管各自的栅极分别与控制器连接，第一MOS管和第二MOS管的中间点与第一电容和第二电容的中间点之间接有第一电感；变压器模块还包括电连接的第三、第四电感；母线输出端口模块接于第四电感的两端之间，电池端口模块接于第三电感的两端之间。该变换器通过结合半波整流和反激电路将两端口电路拓展为三端口电路，但其不具三个端口能量均能双向流动的功能。
在实现三端口能量双向传输的功能的前提下，为保证较高的整体工作效率，现有的有源桥式变换器的改进措施均存在一定的局限性，因此急需一种新的改进拓扑来实现高效率下三端口能量的双向传输。
发明内容
针对如上所述，基于双有源桥式拓扑和移相全桥的拓扑结构，本发明提供了一种隔离型集成化三端口双向DCDC变换器，可以实现高效率下三端口能量的双向传输。
一种隔离型集成化三端口双向DCDC变换器，包括集成化变压器T和I端口、II端口、III端口；
所述的集成化变压器T，包括一个集成化变压器T的磁芯、一个I端口侧绕组Np1、两个II端口侧绕组NP21和NP22、一个III端口侧绕组NP3；所述的集成化变压器T的磁芯，包括三个磁柱，分别为第一磁柱、中柱、第二磁柱；所述的I端口侧绕组Np1和II端口侧绕组NP21均绕制在第一磁柱和第二磁柱上，所述的II端口侧绕组NP22和III端口侧绕组NP3均绕制在中柱上；
所述的Ⅰ端口侧绕组Np1和Ⅱ端口侧绕组NP21在第一磁柱和第二磁柱上的线圈的绕制方式，从集成化变压器T的顶端或低端观察时，绕组Np1和绕组NP21在第一磁柱和第二磁柱上的线圈的匝数完全相同，绕制方向相反；
所述的I端口，包括一个第一输入/输出端V1、一个第一谐振电容Cr1、一个第一谐振电感Lr1、一个第一输入/输出端逆变/整流网络1；所述的第一输入/输出端逆变/整流网络1为全桥电路结构或半桥电路结构；
所述的II端口，包括一个第二输入/输出端V2、一个第二输入/输出电容C2、一个第二谐振电容Cr2、一个第二输入/输出端三半桥逆变/整流网络2；所述的第二输入/输出端三半桥逆变/整流网络2包含三个开关桥臂对，每个开关桥臂对包含两个开关管，上管的源极同下管的漏极相连；
其中，II端口侧绕组NP21的同名端(2端子)与第二输入/输出端三半桥逆变/整流网络2的第一输出端(c端子)相连，II端口侧绕组NP21的异名端(2'端子)与第二谐振电容Cr2的一端以及II端口侧绕组NP22的同名端(2'端子)相连，第二谐振电容Cr2的另一端与第二输入/输出端三半桥逆变/整流网络2的第二输出端(d端子)相连，II端口侧绕组NP22的异名端(2″端子)与第二输入/输出端三半桥逆变/整流网络2的第三输出端(e端子)相连，第二输入/输出端三半桥逆变/整流网络2的各上管的漏极与第二输入/输出电容C2的正极以及第二输入/输出端V2的正极相连，第二输入/输出端三半桥逆变/整流网络2的各下管的源极与第二输入/输出电容C2的负极以及第二输入/输出端V2的负极相连。
所述的III端口，包括一个第三输入/输出端V3、一个第三输入/输出电容C3、一个第三谐振电容Cr3、一个第二谐振电感Lr2、一个第一输出电感Lo、一个第三输入/输出端逆变/整流网络3；所述的第三输入/输出端逆变/整流网络3为移相全桥电路输出侧结构或倍流电路输出侧结构。
优选的，所述的集成化变压器T，I端口侧绕组Np1和II端口侧绕组NP21的匝数均为偶数，在第一磁柱和第二磁柱上绕制方向相反；II端口侧绕组NP22和III端口侧绕组NP3在中柱上绕制方向相同。
进一步优选，所述的集成化变压器T，I端口侧绕组Np1和II端口侧绕组NP21在第一磁柱和第二磁柱上的线圈的顺时针绕制方式，I端口侧绕组Np1自第一磁柱顶端向底端顺时针绕制n1匝后自第二磁柱底端向顶端顺时针绕制n1匝，II端口侧绕组NP21自第一磁柱顶端向下顺时针绕制n2匝后自第二磁柱底端向上顺时针绕制n2匝。
I端口侧绕组Np1和II端口侧绕组NP21在第一磁柱和第二磁柱上的线圈的逆时针绕制方式，I端口侧绕组Np1自第一磁柱顶端向底端逆时针绕制n1匝后自第二磁柱底端向顶端逆时针绕制n1匝，II端口侧绕组NP21自第一磁柱顶端向下逆时针绕制n2匝后自第二磁柱底端向上逆时针绕制n2匝。
所述优选绕制方式的特点是，当I端口同II端口传递能量时，III端口侧绕组NP3无感应电势产生，当II端口同III端口传递能量时，I端口侧绕组Np1无感应电势产生。
所述的I端口的第一输入/输出端逆变/整流网络1为全桥电路结构或半桥电路结构；当I端口电压较低，整体传输功率等级较低时，可采用全桥电路；当I端口电压较高，整体传输功率等级较低时，可采用半桥电路。
优选的，所述的第一输入/输出端逆变/整流网络1的全桥电路结构，包含两个开关桥臂对和一个第一输入/输出电容，每个开关桥臂对包含两个开关管，上管的源极同下管的漏极相连，两个开关桥臂对的桥臂中点分别和第一谐振电容Cr1的一端以及第一谐振电感Lr1的一端相连，第一谐振电容Cr1的另一端与I端口侧绕组Np1的同名端(1端子)相连，第一谐振电感Lr1的另一端与I端口侧绕组Np1的异名端(1'端子)相连，两个开关桥臂对的上管的漏极与第一输入/输出端V1的正极和第一输入/输出电容的正极相连，两个开关桥臂对的下管的源极与第一输入/输出端V1的负极和第一输入/输出电容的负极相连。
优选的，所述的第一输入/输出端逆变/整流网络1的半桥电路结构，包含一个开关桥臂对和一个电容桥臂对，开关桥臂对包含两个开关管，上管的源极同下管的漏极相连，电容桥臂对包含两个电容相串联，开关桥臂对的桥臂中点和第一谐振电容Cr1的一端相连，电容桥臂对的桥臂中点和第一谐振电感Lr1的一端相连，第一谐振电容Cr1的另一端与I端口侧绕组Np1的同名端(1端子)相连，第一谐振电感Lr1的另一端与I端口侧绕组Np1的异名端(1'端子)相连，开关桥臂对的上管的漏极同电容桥臂对的顶端以及第一输入/输出端V1的正极相连，开关桥臂对的下管的源极同电容桥臂对的底端以及第一输入/输出端V1的负极相连。
所述的III端口的第三输入/输出端逆变/整流网络3为移相全桥电路输出侧结构或倍流电路输出侧结构；当III端口电压较低，整体传输功率等级较高时，可采用倍流电路输出侧结构；当III端口电压较高，整体传输功率等级较高时，可采用移相全桥电路输出侧结构。
优选的，所述的第三输入/输出端逆变/整流网络3的移相全桥电路输出侧结构，包含两个开关桥臂对，每个开关桥臂对包含两个开关管，上管的源极同下管的漏极相连，两个开关桥臂对的桥臂中点分别和第三谐振电容Cr3的一端以及第二谐振电感Lr2的一端相连，第三谐振电容Cr3的另一端与III端口侧绕组NP3的异名端(3'端子)相连，第二谐振电感Lr2的另一端与III端口侧绕组NP3的同名端(3端子)相连，两个开关桥臂对的上管的漏极均同第一输出电感Lo的一端相连，第一输出电感Lo的另一端与第三输入/输出端V3的正极和第三输入/输出电容C3的正极相连，两个开关桥臂对的下管的源极均同第三输入/输出端V3的负极与第三输入/输出电容C3的负极相连；
所述的第三输入/输出端逆变/整流网络3的倍流电路输出侧结构，包含一个开关桥臂对，一个滤波电感，开关桥臂对包含两个开关管，上管的源极同下管的源极相连，开关桥臂对的桥臂中点同第三输入/输出端V3的负极与第三输入/输出电容C3的负极相连，开关桥臂对的上管的漏极同第一输出电感的Lo的一端以及第二谐振电感Lr2的一端相连，第一输出电感Lo的另一端与第三输入/输出端V3的正极和第三输入/输出电容C3的正极相连，第二谐振电感Lr2的另一端与III端口侧绕组NP3的同名端(3端子)相连，开关桥臂对的下管的漏极同滤波电感的一端以及第三谐振电容Cr3的一端相连，滤波电感的另一端同第三输入/输出端V3的正极与第三输入/输出电容C3的正极相连，第三谐振电容Cr3的另一端与III端口侧绕组NP3的异名端(3'端子)相连。
所述的隔离型集成化三端口双向DCDC变换器，当I端口与II端口进行能量传输，或II端口向III端口进行能量传输时，采用变频控制、移相控制或者变频控制同移相控制相结合的控制策略；III端口向II端口进行能量传输时，采用调节开关管驱动占空比的控制策略。
所述的变频控制具体表现为改变变换器开关频率对传输功率进行控制；移相控制表现为，各桥臂上下管均以半个开关周期作为导通时间互补导通，调节变换器各开关桥臂的桥臂中点输出的相位，实现对传输功率的控制；调节开关管驱动占空比的控制策略表现为，第三输入/输出端逆变/整流网络3的各桥臂的上管驱动信号的中点超前/滞后下管驱动信号的中点半个开关周期，调节第三输入/输出端逆变/整流网络3的各开关管的驱动占空比，实现对传输功率的控制。
所述的隔离型集成化三端口双向DCDC变换器的工作频率需要高于工作频率的调节下限fmin，fmin的表达式为：
Figure BDA0002195473910000051
其中，Lr1为第一谐振电感，Cr1为第一谐振电容，Cr2为第二谐振电容，K1为集成化变压器T的I端口侧绕组Np1和II端口绕组NP21之间的匝比。
优选的，在移相控制下，隔离型集成化三端口双向DCDC变换器工作频率为下限频率fmin的1.1～2倍。
优选的，所述的第一谐振电感Lr1可用集成化变压器T的漏感代替。
优选的，所述的第二谐振电感Lr2可用集成化变压器T的漏感代替。
本发明与现有技术相比，主要优点包括：
(1)当任意两个端口进行能量传输时，第三个端口可实现带载或空载工作。
(2)任意两端口能量传输时均存在磁隔离，且通过磁集成的方式，变压器数量仅为一个。
(3)与非集成化拓扑比较，开关管数量减少。
(4)控制自由度多，可以应对负载的宽范围变化。
附图说明
图1为实施例的隔离型集成化三端口双向DCDC变换器的示意图。
图2为实施例的隔离型集成化三端口双向DCDC变换器，当如图1所标注的I端口作为输入端口，II和III端口均作为输出端口时的工作波形示意图。
图3为实施例的隔离型集成化三端口双向DCDC变换器，当如图1所标注的III端口作为输入端口，II端口作为输出端，I端口空载时的工作波形示意图。
图4为实施例的隔离型集成化三端口双向DCDC变换器的集成化变压器T的剖面绕线示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。
如图1所示，本实施例的隔离型集成化三端口双向DCDC变换器，包括三个输入/输出端V1、V2、V3，两个输入/输出滤波电容C2、C3，一个第一输入/输出端逆变/整流网络1，一个第二输入/输出端三半桥逆变/整流网络2，一个第三输入/输出端逆变/整流网络3，两个谐振电感Lr1和Lr2，三个谐振电容Cr1、Cr2、Cr3，一个集成化变压器T，一个输出电感Lo。
第一输入/输出端逆变/整流网络1包括一个输入/输出电容C1，四个开关管Q1、Q2、Q3、Q4，其中，开关管Q1和Q3的源极分别与Q2和Q4的漏极相连，组成两个开关桥臂对，Q1和Q2之间设第一输出端(a端子)，Q3和Q4之间设第二输出端(b端子)。
第一输入/输出端V1的正极与第一输入/输出端逆变/整流网络1的输入/输出电容C1的正极以及两个开关桥臂对的上管Q1和Q3的漏极相连，第一输入/输出端V1的负极与第一输入/输出端逆变/整流网络1的输入/输出电容C1的负极以及两个开关桥臂对的下管Q2和Q4的源极相连，第一输入/输出端逆变/整流网络1第一输出端(a端子)与第一谐振电容Cr1的一端相连，第一谐振电容Cr1的另一端与集成化变压器T的I端口侧绕组NP1的同名端(1端子)相连，集成化变压器T的I端口侧绕组NP1的异名端(1'端子)与第一谐振电感Lr1的一端相连，第一谐振电感Lr1的另一端与第一输入/输出端逆变/整流网络1的第二输出端(b端子)相连。
第二输入/输出端三半桥逆变/整流网络2包括六个开关管Q5～Q10，其中，开关管Q5、Q7和Q9的源极分别与Q6、Q8和Q10的漏极相连，组成三个开关桥臂对，Q5和Q6之间设第一输出端(c端子)，Q7和Q8之间设第二输出端(d端子)，Q9和Q10之间设第三输出端(e端子)；集成化变压器T的II端口侧绕组NP21的同名端(2端子)与第二输入/输出端三半桥逆变/整流网络2的第一输出端(c端子)相连。
集成化变压器T的II端口侧绕组NP21的的异名端(2'端子)与第二谐振电容Cr2的一端以及集成化变压器T的II端口侧绕组NP22的同名端(2'端子)相连，第二谐振电容Cr2的另一端与第二输入/输出端三半桥逆变/整流网络2的第二输出端(d端子)相连。
集成化变压器T的II端口侧绕组NP22的异名端(2″端子)与第二输入/输出端三半桥逆变/整流网络2的第三输出端(e端子)相连，第二输入/输出端三半桥逆变/整流网络2的上管Q5、Q7和Q9的漏极与第二输入/输出电容C2的正极以及第二输入/输出端V2的正极相连，第二输入/输出端三半桥逆变/整流网络2的下管Q6、Q8和Q10的源极与第二输入/输出电容C2的负极以及第二输入/输出端V2的负极相连。
第三输入/输出端逆变/整流网络3包括四个开关管Q11、Q12、Q13、Q14，其中，开关管Q11和Q13的源极分别与Q12和Q14的漏极相连，组成两个开关桥臂对，Q11和Q12之间设第一输出端(f端子)，Q13和Q14之间设第二输出端(g端子)。
集成化变压器T的III端口侧绕组NP3的同名端(3端子)与第二谐振电感Lr2的一端相连，第二谐振电感Lr2的另一端与第三输入/输出端逆变/整流网络3的第一输出端(f端子)相连。
集成化变压器T的III端口侧绕组NP3的异名端(3'端子)与第三谐振电容Cr3的一端相连，第三谐振电容Cr3的另一端与第三输入/输出端逆变/整流网络3的第二输出端(g端子)相连，第三输入/输出端逆变/整流网络3的上管Q11和Q13的漏极与第一输出电感Lo的一端相连，第三输入/输出端逆变/整流网络3的下管Q12和Q14的源极与第三输入/输出电容C3的负极和第三输入/输出端V3的负极相连，第三输入/输出电容C3的正极与第一输出电感Lo的另一端以及第三输入/输出端V3的正极相连。
绕组NP1和绕组NP21均绕制在集成化变压器T的第一磁柱和第二磁柱上，绕组NP22和绕组NP3均绕制在集成化变压器T的中柱上。
绕组NP1的匝数为2n1匝，绕组NP21的匝数为2n2匝，绕组NP22匝数为n22匝，绕组NP3匝数为n3匝。绕组Np1自第一磁柱顶端向底端顺时针绕制n1匝后自第二磁柱底端向顶端顺时针绕制n1匝，绕组NP21自第一磁柱顶端向下顺时针绕制n2匝后自第二磁柱底端向上顺时针绕制n2匝，绕组Np22自中柱顶端向底端顺时针绕制n22匝，绕组NP3自中柱顶端向底端顺时针绕制n3匝。
根据图1所示拓扑图，定义九种工作模式：
模式一：I端口作为能量输入端口，II和III端口均作为能量输出端口；
模式二：I端口作为能量输入端口，II端口作为能量输出端口，III端口空载运行；
模式三：II端口作为能量输入端口，I和III端口均作为能量输出端口；
模式四：II端口作为能量输入端口，I端口作为能量输出端口，III端口空载运行；
模式五：II端口作为能量输入端口，III端口作为能量输出端口，I端口空载运行；
模式六：III端口作为能量输入端口，I和II端口均作为能量输出端口；
模式七：III端口作为能量输入端口，II端口作为能量输出端口，I端口空载运行；
模式八：I端口作为能量输入端口，III端口作为能量输出端口，II端口空载运行，此时工作状态为模式一与模式五结合，即I端口输入能量与III端口消耗能量相同；
模式九：III端口作为能量输入端口，I端口作为能量输出端口，II端口空载运行，此时工作状态为模式四与模式六结合，即III端口输入能量与I端口消耗能量相同；
图2为上述隔离型集成化三端口双向DCDC变换器当处于工作模式一时工作波形示意图。图2给出了此时各个开关管的驱动波形，I端口逆变/整流网络输出端电压波形vab，II端口半桥C和半桥D所构成的全桥结构的输出电压波形vcd，II端口半桥D和半桥E所构成的全桥结构的输出电压波形vde，I端口逆变/整流网络的谐振腔电流iLr1和III端口逆变/整流网络的谐振腔电流iLr2的波形。
定义vab和vcd的基波之间的相角差为外移相角
Figure BDA0002195473910000092
该移相角与π之比为时域等效移相角
Figure BDA0002195473910000093
Dy1、Dy2、Dy3分别为vab、vcd、vde的占空比。由于开关频率高于串联谐振频率，此时谐振腔输入阻抗呈感性，因此可以实现I端口和II端口的零电压开通。III端口在该工况下采用同步整流技术，可以实现零电流关断。
图3为实施例的隔离型集成化三端口双向DCDC变换器当处于工作模式七的工作波形示意图。图3给出了此时II和III端口的开关管驱动波形，III端口逆变/整流网络输出端电压波形vfg，II端口谐振电容Cr2的电流波形iCr2，定义Dy4为Q11～Q14的占空比。此时的II端口开关管在无驱动的情况下可视作二极管。
当隔离型集成化三端口双向DCDC变换器处于工作模式二或工作模式四时，II端口的输出功率P12为：
Figure BDA0002195473910000091
其中各参数的定义如下：
V1：I端口输入电压；
V2：II端口输出电压；
K1：I端口与II端口变压器线圈匝比；
Figure BDA0002195473910000106
vab和vcd的基波之间的相角差与π值之比，其变化范围为-0.5～0.5；
Dy1：vab的占空比，其变化范围为0～1；
Dy2：vcd的占空比，其变化范围为0～1；
Z0：I端口特征阻抗，其表达式为
Figure BDA0002195473910000101
其中，
Figure BDA0002195473910000102
r：串联谐振频率f0与开关频率fs的比值，其值始终小于1。其中，
Figure BDA0002195473910000103
当隔离型集成化三端口双向DCDC变换器处于工作模式五时，II端口的输出功率P23为：
Figure BDA0002195473910000104
其中各参数的定义如下：
V2：II端口输入电压；
V3：III端口输出电压；
K2：II端口与III端口变压器线圈匝比；
Dy3：vde的占空比，其变化范围为0～1；
fs：开关频率。
当隔离型集成化三端口双向DCDC变换器处于工作模式七时，其增益M32为：
Figure BDA0002195473910000105
其中各参数的定义如下：
V2：II端口输出电压；
V3：III端口输入电压；
K2：II端口与III端口变压器线圈匝比；
Dy4：Q11～Q14驱动的占空比，其变化范围为0.5～1。
其余工作模式均可由工作模式二、工作模式四、工作模式五和工作模式七进行组合。
此外应理解，在阅读了本发明的上述描述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种隔离型集成化三端口双向DCDC变换器，其特征在于，包括集成化变压器T和I端口、II端口、III端口；
所述的集成化变压器T，包括一个集成化变压器T的磁芯、一个I端口侧绕组Np1、两个II端口侧绕组NP21和NP22、一个III端口侧绕组NP3；所述的集成化变压器T的磁芯，包括三个磁柱，分别为第一磁柱、中柱、第二磁柱；所述的I端口侧绕组Np1和II端口侧绕组NP21均绕制在第一磁柱和第二磁柱上，所述的II端口侧绕组NP22和III端口侧绕组NP3均绕制在中柱上；
所述的Ⅰ端口侧绕组Np1和Ⅱ端口侧绕组NP21在第一磁柱和第二磁柱上的线圈的绕制方式，从集成化变压器T的顶端或低端观察时，绕组Np1和绕组NP21在第一磁柱和第二磁柱上的线圈的匝数完全相同，绕制方向相反；
所述的I端口，包括一个第一输入/输出端V1、一个第一谐振电容Cr1、一个第一谐振电感Lr1、一个第一输入/输出端逆变/整流网络1；所述的第一输入/输出端逆变/整流网络1为全桥电路结构或半桥电路结构；
所述的II端口，包括一个第二输入/输出端V2、一个第二输入/输出电容C2、一个第二谐振电容Cr2、一个第二输入/输出端三半桥逆变/整流网络2；所述的第二输入/输出端三半桥逆变/整流网络2包含三个开关桥臂对，每个开关桥臂对包含两个开关管，上管的源极同下管的漏极相连；
其中，II端口侧绕组NP21的同名端与第二输入/输出端三半桥逆变/整流网络2的第一输出端相连，II端口侧绕组NP21的异名端与第二谐振电容Cr2的一端以及II端口侧绕组NP22的同名端相连，第二谐振电容Cr2的另一端与第二输入/输出端三半桥逆变/整流网络2的第二输出端相连，II端口侧绕组NP22的异名端与第二输入/输出端三半桥逆变/整流网络2的第三输出端相连，第二输入/输出端三半桥逆变/整流网络2的各上管的漏极与第二输入/输出电容C2的正极以及第二输入/输出端V2的正极相连，第二输入/输出端三半桥逆变/整流网络2的各下管的源极与第二输入/输出电容C2的负极以及第二输入/输出端V2的负极相连；
所述的III端口，包括一个第三输入/输出端V3、一个第三输入/输出电容C3、一个第三谐振电容Cr3、一个第二谐振电感Lr2、一个第一输出电感Lo、一个第三输入/输出端逆变/整流网络3；所述的第三输入/输出端逆变/整流网络3为移相全桥电路输出侧结构或倍流电路输出侧结构；
所述的第一输入/输出端逆变/整流网络1的全桥电路结构，包含两个开关桥臂对和一个第一输入/输出电容，每个开关桥臂对包含两个开关管，上管的源极同下管的漏极相连，两个开关桥臂对的桥臂中点分别和第一谐振电容Cr1的一端以及第一谐振电感Lr1的一端相连，第一谐振电容Cr1的另一端与I端口侧绕组Np1的同名端相连，第一谐振电感Lr1的另一端与I端口侧绕组Np1的异名端相连，两个开关桥臂对的上管的漏极与第一输入/输出端V1的正极和第一输入/输出电容的正极相连，两个开关桥臂对的下管的源极与第一输入/输出端V1的负极和第一输入/输出电容的负极相连。
2.根据权利要求1所述的隔离型集成化三端口双向DCDC变换器，其特征在于，所述的集成化变压器T，I端口侧绕组Np1和II端口侧绕组NP21的匝数均为偶数，在第一磁柱和第二磁柱上绕制方向相反；II端口侧绕组NP22和III端口侧绕组NP3在中柱上绕制方向相同。
3.根据权利要求2所述的隔离型集成化三端口双向DCDC变换器，其特征在于，所述的集成化变压器T，I端口侧绕组Np1和II端口侧绕组NP21在第一磁柱和第二磁柱上的线圈的顺时针绕制方式，I端口侧绕组Np1自第一磁柱顶端向底端顺时针绕制n1匝后自第二磁柱底端向顶端顺时针绕制n1匝，II端口侧绕组NP21自第一磁柱顶端向下顺时针绕制n2匝后自第二磁柱底端向上顺时针绕制n2匝；I端口侧绕组Np1和II端口侧绕组NP21在第一磁柱和第二磁柱上的线圈的逆时针绕制方式，I端口侧绕组Np1自第一磁柱顶端向底端逆时针绕制n1匝后自第二磁柱底端向顶端逆时针绕制n1匝，II端口侧绕组NP21自第一磁柱顶端向下逆时针绕制n2匝后自第二磁柱底端向上逆时针绕制n2匝。
4.根据权利要求1所述的隔离型集成化三端口双向DCDC变换器，其特征在于，所述的第一输入/输出端逆变/整流网络1的半桥电路结构，包含一个开关桥臂对和一个电容桥臂对，开关桥臂对包含两个开关管，上管的源极同下管的漏极相连，电容桥臂对包含两个电容相串联，开关桥臂对的桥臂中点和第一谐振电容Cr1的一端相连，电容桥臂对的桥臂中点和第一谐振电感Lr1的一端相连，第一谐振电容Cr1的另一端与I端口侧绕组Np1的同名端相连，第一谐振电感Lr1的另一端与I端口侧绕组Np1的异名端相连，开关桥臂对的上管的漏极同电容桥臂对的顶端以及第一输入/输出端V1的正极相连，开关桥臂对的下管的源极同电容桥臂对的底端以及第一输入/输出端V1的负极相连。
5.根据权利要求1所述的隔离型集成化三端口双向DCDC变换器，其特征在于，所述的第三输入/输出端逆变/整流网络3的移相全桥电路输出侧结构，包含两个开关桥臂对，每个开关桥臂对包含两个开关管，上管的源极同下管的漏极相连，两个开关桥臂对的桥臂中点分别和第三谐振电容Cr3的一端以及第二谐振电感Lr2的一端相连，第三谐振电容Cr3的另一端与III端口侧绕组NP3的异名端相连，第二谐振电感Lr2的另一端与III端口侧绕组NP3的同名端相连，两个开关桥臂对的上管的漏极均同第一输出电感Lo的一端相连，第一输出电感Lo的另一端与第三输入/输出端V3的正极和第三输入/输出电容C3的正极相连，两个开关桥臂对的下管的源极均同第三输入/输出端V3的负极与第三输入/输出电容C3的负极相连。
6.根据权利要求1所述的隔离型集成化三端口双向DCDC变换器，其特征在于，所述的第三输入/输出端逆变/整流网络3的倍流电路输出侧结构，包含一个开关桥臂对，一个滤波电感，开关桥臂对包含两个开关管，上管的源极同下管的源极相连，开关桥臂对的桥臂中点同第三输入/输出端V3的负极与第三输入/输出电容C3的负极相连，开关桥臂对的上管的漏极同第一输出电感的Lo的一端以及第二谐振电感Lr2的一端相连，第一输出电感Lo的另一端与第三输入/输出端V3的正极和第三输入/输出电容C3的正极相连，第二谐振电感Lr2的另一端与III端口侧绕组NP3的同名端相连，开关桥臂对的下管的漏极同滤波电感的一端以及第三谐振电容Cr3的一端相连，滤波电感的另一端同第三输入/输出端V3的正极与第三输入/输出电容C3的正极相连，第三谐振电容Cr3的另一端与III端口侧绕组NP3的异名端相连。
7.根据权利要求1所述的隔离型集成化三端口双向DCDC变换器，其特征在于，所述的I端口与II端口进行能量传输，或II端口向III端口进行能量传输时，采用变频控制、移相控制或者变频控制同移相控制相结合的控制策略；所述的III端口向II端口进行能量传输，采用调节开关管驱动占空比的控制策略。
8.根据权利要求1所述的隔离型集成化三端口双向DCDC变换器，其特征在于，所述的隔离型集成化三端口双向DCDC变换器的工作频率需要高于工作频率的调节下限fmin，fmin的表达式为：
Figure FDA0002612607350000041
其中，Lr1为第一谐振电感，Cr1为第一谐振电容，Cr2为第二谐振电容，K1为集成化变压器T的I端口侧绕组Np1和II端口绕组NP21之间的匝比。
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