CN111786568A - 双向功率变换器、电路及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于开关电源技术领域，提供了一种双向功率变换器、电路及系统，该双向功率变换器包括：控制模块、包括原边桥臂、副边桥臂和变压器的双向功率变换模块、以及包括第一辅助桥臂和第一辅助绕组的第一辅助调控模块；第一辅助桥臂的两端与原边桥臂和/或副边桥臂的两端对应连接；第一辅助绕组的第一端与变压器的目标端连接，第一辅助绕组的第二端与第一辅助桥臂的上下半桥的连接端连接；控制模块与原边桥臂、副边桥臂和第一辅助桥臂上的开关管连接。本发明通过控制模块控制第一辅助桥臂中开关管的导通/关断，进而控制第一辅助绕组，可以使双向功率变换器工作在不同的变压器匝比下，从而拓宽双向功率变换器的电压适应范围。

Description

双向功率变换器、电路及系统
技术领域
本发明属于开关电源技术领域，尤其涉及一种双向功率变换器、电路及系统。
背景技术
随着新能源技术的普及和能源互联网的发展，在储能电站、电动汽车车辆到电网(Vehicle to grid，V2G)充电系统等应用场景，双向功率变换器的应用变得越来越广泛。同时电动汽车动力电池的电压范围也越来越宽，对充电设施的电压适应范围要求也越来越高，从过去的200-500V逐渐演进为200-750V，并有进一步拓展到200-1000V的趋势。
目前，V2G方案中的双向功率变换器大多以双有源桥-谐振变换(Dual ActiveBridge-Capacitor Inductor Inductor Capacitor，DAB-CLLC)拓扑(考虑到变压器励磁电感时，也称为DAB-CLLLC拓扑)为主。DAB-CLLC拓扑或DAB-CLLLC拓扑结构的双向功率变换器，可以通过调节变压器两侧双有源桥的频率和相位来调节增益范围，能够较好地实现输入输出两侧开关管的零压软开关和零流软开关。但是对于工作电压范围较宽的情况，通过调频移相等方法调节增益范围时，容易出现软开关丧失进而导致工作电压范围不能满足需求，且部分工作点附近效率不高的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种双向功率变换器、电路及系统，以解决现有技术中双向功率变换器不能满足宽工作电压范围需求，且部分工作点附近效率不高的问题。
本发明实施例的第一方面提供了一种双向功率变换器，包括：
控制模块、双向功率变换模块、以及第一辅助调控模块；
所述双向功率变换模块包括由原边桥臂、副边桥臂和变压器连接构成的谐振变换电路；所述第一辅助调控模块包括第一辅助桥臂以及第一辅助绕组；
所述第一辅助桥臂的两端与所述原边桥臂和/或所述副边桥臂的两端对应连接；
所述第一辅助绕组的第一端与所述变压器的目标端连接，所述第一辅助绕组的第二端与所述第一辅助桥臂的上下半桥的连接端连接；所述变压器的目标端为不与所述双向功率变换模块中的谐振元件连接的一端；
所述控制模块与所述原边桥臂、所述副边桥臂和所述第一辅助桥臂上的开关管连接，控制开关管的导通/关断。
可选的，所述双向功率变换器，还包括：至少一级第二辅助调控模块；每级第二辅助调控模块包括第二辅助桥臂以及第二辅助绕组；
各级第二辅助桥臂的两端与所述原边桥臂和/或所述副边桥臂的两端对应连接；各级第二辅助绕组的第二端与该级第二辅助桥臂的上下半桥的连接端连接；
若某级第二辅助调控模块为第一级调控模块，则该级第二辅助绕组的第一端与所述第一辅助绕组的第二端连接；
若某级第二辅助调控模块不为第一级调控模块，则该级第二辅助绕组的第一端与上一级第二辅助绕组的第二端连接；
所述控制模块还与各级第二辅助桥臂上的开关管连接，控制各级第二辅助桥臂上的开关管的导通/关断。
可选的，所述第一辅助桥臂，包括：第一原边辅助桥臂和/或第一副边辅助桥臂；
当所述第一辅助桥臂包括第一原边辅助桥臂时，所述第一原边辅助桥臂的两端与所述原边桥臂的两端对应连接；
当所述第一辅助桥臂包括第一副边辅助桥臂时，所述第一副边辅助桥臂的两端与所述副边桥臂的两端对应连接；
当所述第一辅助桥臂包括第一原边辅助桥臂和第一副边辅助桥臂时，所述第一原边辅助桥臂的两端与所述原边桥臂的两端对应连接，所述第一副边辅助桥臂的两端与所述副边桥臂的两端对应连接。
可选的，所述第一原边辅助桥臂，包括：第一原边上半桥和第一原边下半桥；
所述第一原边上半桥的一端与所述原边桥臂的一端连接；
所述第一原边上半桥的另一端与所述第一原边下半桥的一端连接，构成所述第一原边上半桥和所述第一原边下半桥的连接端；
所述第一原边下半桥的另一端与所述原边桥臂的另一端连接。
可选的，所述第一原边上半桥，包括：第一开关电路和第二开关电路；所述第一开关电路和所述第二开关电路形成双向开关；
所述第一开关电路的一端与所述原边桥臂的一端连接；
所述第一开关电路的另一端与所述第二开关电路的一端连接；
所述第二开关电路的另一端与所述第一原边下半桥的一端连接。
可选的，所述第一开关电路包括：第一开关管、第一二极管和第一电容；所述第二开关电路包括：第二开关管、第二二极管和第二电容；
所述第一开关管的漏极、所述第一二极管的负极以及所述第一电容的第一端与所述原边桥臂的一端连接，所述第一开关管的源极、所述第一二极管的正极、所述第一电容的第二端、所述第二开关管的源极、所述第二二极管的正极以及所述第二电容的第二端连接；
所述第二开关管的漏极、所述第二二极管的负极以及所述第二电容的第一端与所述第一原边下半桥的一端连接。
可选的，所述第一原边下半桥与所述第一原边上半桥的电路结构相同。
本发明实施例的第二方面提供了一种双向功率变换器电路，包括上面所述任一项的双向功率变换器。
本发明实施例的第三方面提供了一种双向功率变换器系统，包括上面所述任一项的双向功率变换器电路。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：通过第一辅助桥臂的两端与原边桥臂和/或副边桥臂的两端对应连接；第一辅助绕组的第一端与变压器的目标端连接，第一辅助绕组的第二端与第一辅助桥臂的上下半桥的连接端连接；变压器的目标端为不与所述双向功率变换模块中的谐振元件连接的一端；控制模块与原边桥臂、副边桥臂和第一辅助桥臂上的开关管连接，可以根据双向功率变换器的工作电压范围，调整双向功率变换器工作时的变压器匝比，进而避免工作电压范围较宽时，双向功率变换器中软开关丧失的情况，同时使双向功率变换器可以始终工作在效率较高的理想工作点附近。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的双向功率变换器的电路原理图；
图2是本发明实施例提供的DAB-CLLC拓扑双向功率变换器的电路原理图；
图3是本发明实施例提供的DAB-CLLLC拓扑双向功率变换器的电路原理图；
图4是本发明实施例提供的DAB-CLLC拓扑双向功率变换器或DAB-CLLLC拓扑双向功率变换器的驱动信号图；
图5是本发明又一实施例提供的双向功率变换器的电路原理图；
图6是本发明另一实施例提供的双向功率变换器的电路原理图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
参考图1，现对本发明实施例提供的双向功率变换器进行说明，所述双向功率变换器10，包括：控制模块(未示出)、双向功率变换模块以及第一辅助调控模块。
其中，双向功率变换模块包括由原边桥臂100、副边桥臂200和变压器300连接构成的谐振变换电路；第一辅助调控模块包括第一辅助桥臂400以及第一辅助绕组500。
其中，第一辅助桥臂400的两端与原边桥臂100和/或副边桥臂200的两端对应连接；第一辅助绕组500的第一端与变压器300的目标端连接，第一辅助绕组500的第二端与第一辅助桥臂400的上下半桥的连接端连接；控制模块与原边桥臂、副边桥臂和第一辅助桥臂上的开关管连接，控制开关管的导通/关断。
其中，变压器300的目标端为不与双向功率变换模块中的谐振元件(如图1所示的电容C3、电容C4、电感L1及电感L2)连接的一端；第一辅助绕组500的第一端与变压器300的目标端可以互为异名端。
其中，控制模块可以为数字控制模块，可以采用微控制单元(Micro ControllerUnit，MCU)或者数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)等芯片采集双向功率变换器的电压V1，并根据电压V1的高低发送相应的信号，信号经过隔离、放大后控制相应的开关管的导通/关断。
可选的，参见图6，第一辅助桥臂400可以包括：第一原边辅助桥臂和/或第一副边辅助桥臂。
当第一辅助桥臂400包括第一原边辅助桥臂时，第一原边辅助桥臂的两端可以与原边桥臂100的两端对应连接。
当第一辅助桥臂400包括第一副边辅助桥臂时，第一副边辅助桥臂的两端可以与副边桥臂200的两端对应连接。
当第一辅助桥臂400包括第一原边辅助桥臂和第一副边辅助桥臂时，第一原边辅助桥臂的两端可以与原边桥臂100的两端对应连接，第一副边辅助桥臂的两端可以与副边桥臂200的两端对应连接。
其中，当第一辅助桥臂400包括第一原边辅助桥臂和第一副边辅助桥臂时，第一辅助绕组500包括第一原边辅助绕组和第一副边辅助绕组，第一原边辅助绕组的第二端与第一原边辅助桥臂的上下半桥的连接端连接；第一副边辅助绕组的第二端与第一副边辅助绕组的上下半桥的连接端连接。
可选的，第一原边辅助桥臂可以包括：第一原边上半桥401和第一原边下半桥402；其中，第一原边上半桥401的一端与100原边桥臂的一端连接；第一原边上半桥401的另一端与第一原边下半桥402的一端连接，构成第一原边上半桥401和第一原边下半桥402的连接端；第一原边下半桥402的另一端与原边桥臂100的另一端连接。
可选的，第一原边上半桥401可以包括：第一开关电路和第二开关电路；其中，第一开关电路和第二开关电路形成双向开关；第一开关电路的一端与原边桥臂100的一端连接；第一开关电路的另一端与第二开关电路的一端连接；第二开关电路的另一端与第一原边下半桥402的一端连接。
其中，第一开关电路可以包括：第一开关管Q11p、第一二极管D11p和第一电容C11p；第二开关电路可以包括：第二开关管Q12p、第二二极管D12p和第二电容C12p。
第一开关管Q11p的漏极、第一二极管D11p的负极以及第一电容C11p的第一端与原边桥臂100的一端连接，第一开关管Q11p的源极、第一二极管D11p的正极、第一电容C11p的第二端、第二开关管Q12p的源极、第二二极管D12p的正极以及第二电容C12p的第二端连接；第二开关管Q12p的漏极、第二二极管D12p的负极以及第二电容C12p的第一端与第一原边下半桥402的一端连接。
其中，与第一开关管Q11p并联的第一二极管D11p和第一电容C11p，或者与第二开关管Q12p并联的第二二极管D12p和第二电容C12p，可以为分立器件，也可以利用第一开关管Q11p或者第二开关管Q12p的寄生参数实现，第一开关管Q11p或者第二开关管Q12p可以为金属-氧化物-半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor，MOS)或者绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)。
其中，第一原边下半桥402的电路结构可以与第一原边上半桥401的电路结构相同。第一副边辅助桥臂的电路结构可以与第一原边上半桥401和第一原边下半桥402构成的第一原边辅助桥臂的电路结构相同。
可选的，谐振变换电路可以为DAB-CLLC谐振变换电路或DAB-CLLLC谐振变换电路。
如图2为DAB-CLLC拓扑双向功率变换器的电路原理图，图3为DAB-CLLLC拓扑双向功率变换器的电路原理图，传统的DAB-CLLC拓扑双向功率变换器或DAB-CLLLC拓扑双向功率变换器，正常工作时，开关管Q1～Q8均工作在统一的开关频率下，所有开关管的占空比均为50％，参见图4，通过控制模块可以控制开关管Q1和开关管Q4驱动信号相同均为A，开关管Q2与开关管Q3驱动信号相同均为B，A、B两组驱动信号相位固定差180度，也就是开关管Q1和开关管Q4导通时，开关管Q2与开关管Q3关断，反之亦然；开关管Q5和开关管Q8的驱动信号相同均为C，开关管Q6和开关管Q7的驱动信号相同均为D，C和D的相位固定差180度，也就是开关管Q5和开关管Q8导通时，开关管Q6和开关管Q7关断，反之亦然。其中，t2和t3是为避免共通预留的死区时间，通过调节开关频率和桥臂两侧方波的相位差t1来调节功率的流向和大小。但如果只利用传统的DAB-CLLC拓扑双向功率变换器或DAB-CLLLC拓扑双向功率变换器，当双向功率变换器两端的电压V1或V2变化范围较宽时，会导致谐振频率与完全谐振状态的偏离程度较高，进而导致双向功率变换器转换效率下降，且容易出现软开关丧失的问题。
本发明实施例，通过电路结构相同的第一原边上半桥和第一原边下半桥构成的第一原边辅助桥臂作为第一辅助桥臂，当双向功率变换器的电压V1较高时(也就是工作电压范围较宽时)，可以通过控制模块控制开关管Q12p和开关管Q14p长通，开关管Q1和开关管Q3长断，开关管Q11p与开关管Q4驱动信号为A，开关管Q13p与开关管Q2驱动信号为B，其余开关管的驱动信号与传统DAB-CLLC拓扑双向功率变换器或DAB-CLLLC拓扑双向功率变换器的驱动信号相同，将电压V1的范围划分成两段，使在两端电压的中值处或可接受的偏离范围内，变压器每一匝上的电压相等，即工作状态基本一致，进而使工作电压范围较宽时，双向功率变换器也能工作在理想工作点附近，保持较高的工作效率，且能够更好的实现零压软开关和零流软开关。
示例性的，对于V1侧电压范围在Vmin到Vmax的双向功率变换器，若采用标准DAB-CLLC拓扑无法使全电压范围工作在软开关状态或追求更高的效率，采用本发明实施例提供的双向功率变换器，可以基于电压范围
Figure BDA0002621776150000081
设计标准DAB-CLLC双向功率变换器，得到所有功率器件的参数，然后取第一辅助绕组500的圈数N2等于变压器300主绕组的圈数N1，获得可以使全电压范围工作在软开关状态或效率更高的双向功率变换器。
本发明实施例对第一辅助绕组500的圈数N2与变压器300主绕组的圈数N1的关系不做限定，可以根据具体的工作电压范围与可接受的谐振频率偏移程度，对工作电压范围进行分段并设计相应的第一辅助绕组500的圈数N2与变压器300主绕组的圈数N1。
示例性的，当Vmin＝200V，Vmax＝800V时，可以设计低段电压为[200,400]，高段电压为[400,800]，假设此时N1＝10，则变压器主绕组每匝线圈上的电压可以看作[20,40]，中心点300V处每匝线圈电压可以看作10V，取N2＝10，则此时第一辅助绕组每匝线圈上的电压同样可以看作[20,40]，中心点600V处每匝线圈电压也可以看作10V，即高段电压和低段电压整个电路的工作状态非常接近，也就是在电压范围[Vmin,Vmax]均能工作在理想工作点附近，保持较高的工作效率。
可选的，也可以不基于[Vmin,Vmin+Vmax/2]来设计，以V2G电动汽车充电机为例，母线侧电压一般为三相PWM整流器的输出电压800V，而汽车动力电池侧基于目前的国标，一般选择200-750V，但考虑到主流乘用车电压范围一般在200-500V，为了尽量不在充电过程中切换工作模态，可以基于[200,500]和[500,750]来设计变压器，考虑到最大输出功率都相同，可以设计合适的N2，使得高段电压的中心点电压：低段电压的中心点电压＝N2：N1，即对应的匝数比大约为N2：N1＝3：2。
作为本发明的一实施例，参见图5和图6，双向功率变换器10还可以包括：至少一级第二辅助调控模块；每级第二辅助调控模块可以包括第二辅助桥臂600以及第二辅助绕组700。
其中，各级第二辅助桥臂600的两端与原边桥臂100和/或副边桥臂200的两端对应连接；各级第二辅助绕组700的第二端与该级第二辅助桥臂600的上下半桥的连接端连接；若某级第二辅助调控模块为第一级调控模块，则该级第二辅助绕组700的第一端与第一辅助绕组500的第二端连接；若某级第二辅助调控模块不为第一级调控模块，则该级第二辅助绕组700的第一端与上一级第二辅助绕组700的第二端连接；控制模块还与各级第二辅助桥臂600上的开关管连接，控制各级第二辅助桥臂600上的开关管的导通/关断。
其中，若某级第二辅助调控模块与第一辅助调控模块相邻，则认为该级第二辅助调控模块为第一级调控模块，例如图5所示，由第一级第二原边辅助桥臂和第一级第二原边辅助绕组组成的第一级第二辅助调控模块。
可选的，双向功率变换器10还包括至少一级第二辅助调控模块时，第一辅助桥臂400也可以包括：第一原边辅助桥臂和/或第一副边辅助桥臂；对应的，各级第二辅助桥臂的电路结构与第一辅助桥臂的电路结构相似，也可以包括第二原边辅助桥臂和/或第二副边辅助桥臂。
当第一辅助桥臂400包括第一原边辅助桥臂时，第一原边辅助桥臂的两端可以与原边桥臂100的两端对应连接。对应的，各级第二原边辅助桥臂的两端可以与原边桥臂100的两端对应连接。
当第一辅助桥臂400包括第一副边辅助桥臂时，第一副边辅助桥臂的两端可以与副边桥臂200的两端对应连接。对应的，各级第二副边辅助桥臂的两端可以与副边桥臂200的两端对应连接。
当第一辅助桥臂400包括第一原边辅助桥臂和第一副边辅助桥臂时，第一原边辅助桥臂的两端可以与原边桥臂100的两端对应连接，第一副边辅助桥臂的两端可以与副边桥臂200的两端对应连接。对应的，各级第二原边辅助桥臂的两端可以与原边桥臂100的两端对应连接，各级第二副边辅助桥臂的两端可以与副边桥臂200的两端对应连接。
对应的，当各级第二辅助桥臂包括第二原边辅助桥臂和第二副边辅助桥臂时，各级第二辅助绕组也包括第二原边辅助绕组和第二副边辅助绕组，各级第二原边辅助绕组的第二端与各级第二原边辅助桥臂的上下半桥的连接端连接；各级第二副边辅助绕组的第二端与各级第二副边辅助绕组的上下半桥的连接端连接。
可选的，各级第二原边辅助桥臂可以包括第二原边上半桥和第二原边下半桥，其中，第二原边上半桥的电路结构可以与第一原边上半桥的电路结构相似，连接形式相同；第二原边下半桥的电路结构可以与第一原边下半桥的电路结构相似，连接形式相同，在此不再赘述。
本发明实施例中，通过至少一级第二辅助调控模块和第一辅助调控模块，可以将变压器两侧的工作电压范围进一步扩展，从而保证各个电压工况下，双向功率变换器均可以工作在高效率、软开关的工作状态下。
示例性的，参考图6，对于一个V1侧电压[200，3200]V，V2侧电压[300,1200]V的双向功率变换器，可以将V1侧划分为[200,400]、[400,800]、[800,1600]、[1600,3200]，V2侧划分为[300,600]、[600,1200]，然后基于V1侧[200,400]和V2侧[300,600]设计电路参数，若取完全谐振状态下的原副边电压比为变压器匝数比，则此时V1侧匝数Np1和V2侧匝数Ns1之比为300：450＝2：3。为了讨论方便，就取Np1＝2，Ns1＝3。则可以取Np2＝2，Np3＝4，Np4＝8；Ns2＝6。工作电压区间和此时有效的匝比关系如下：
Figure BDA0002621776150000111
Figure BDA0002621776150000112
可以看出V1、V2无论处在哪一个电压区间，都能通过切换至少一级第二辅助绕组和对应的第二辅助桥臂，来保证每一匝上的电压大致不变，进而使每个电压区间都可以工作在理想工作点附件，保证较高的工作效率。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双向功率变换器，其特征在于，包括：
控制模块、双向功率变换模块、以及第一辅助调控模块；
所述双向功率变换模块包括由原边桥臂、副边桥臂和变压器连接构成的谐振变换电路；所述第一辅助调控模块包括第一辅助桥臂以及第一辅助绕组；
所述第一辅助桥臂的两端与所述原边桥臂和/或所述副边桥臂的两端对应连接；
所述第一辅助绕组的第一端与所述变压器的目标端连接，所述第一辅助绕组的第二端与所述第一辅助桥臂的上下半桥的连接端连接；所述变压器的目标端为不与所述双向功率变换模块中的谐振元件连接的一端；
所述控制模块与所述原边桥臂、所述副边桥臂和所述第一辅助桥臂上的开关管连接，控制开关管的导通/关断。
2.如权利要求1所述的双向功率变换器，其特征在于，还包括：至少一级第二辅助调控模块；每级第二辅助调控模块包括第二辅助桥臂以及第二辅助绕组；
各级第二辅助桥臂的两端与所述原边桥臂和/或所述副边桥臂的两端对应连接；各级第二辅助绕组的第二端与该级第二辅助桥臂的上下半桥的连接端连接；
若某级第二辅助调控模块为第一级调控模块，则该级第二辅助绕组的第一端与所述第一辅助绕组的第二端连接；
若某级第二辅助调控模块不为第一级调控模块，则该级第二辅助绕组的第一端与上一级第二辅助绕组的第二端连接；
所述控制模块还与各级第二辅助桥臂上的开关管连接，控制各级第二辅助桥臂上的开关管的导通/关断。
3.如权利要求1或2所述的双向功率变换器，其特征在于，所述第一辅助桥臂，包括：第一原边辅助桥臂和/或第一副边辅助桥臂；
当所述第一辅助桥臂包括第一原边辅助桥臂时，所述第一原边辅助桥臂的两端与所述原边桥臂的两端对应连接；
当所述第一辅助桥臂包括第一副边辅助桥臂时，所述第一副边辅助桥臂的两端与所述副边桥臂的两端对应连接；
当所述第一辅助桥臂包括第一原边辅助桥臂和第一副边辅助桥臂时，所述第一原边辅助桥臂的两端与所述原边桥臂的两端对应连接，所述第一副边辅助桥臂的两端与所述副边桥臂的两端对应连接。
4.如权利要求3所述的双向功率变换器，其特征在于，所述第一原边辅助桥臂，包括：第一原边上半桥和第一原边下半桥；
所述第一原边上半桥的一端与所述原边桥臂的一端连接；
所述第一原边上半桥的另一端与所述第一原边下半桥的一端连接，构成所述第一原边上半桥和所述第一原边下半桥的连接端；
所述第一原边下半桥的另一端与所述原边桥臂的另一端连接。
5.如权利要求4所述的双向功率变换器，其特征在于，所述第一原边上半桥，包括：第一开关电路和第二开关电路；所述第一开关电路和所述第二开关电路形成双向开关；
所述第一开关电路的一端与所述原边桥臂的一端连接；
所述第一开关电路的另一端与所述第二开关电路的一端连接；
所述第二开关电路的另一端与所述第一原边下半桥的一端连接。
6.如权利要求5所述的双向功率变换器，其特征在于，所述第一开关电路包括：第一开关管、第一二极管和第一电容；所述第二开关电路包括：第二开关管、第二二极管和第二电容；
所述第一开关管的漏极、所述第一二极管的负极以及所述第一电容的第一端与所述原边桥臂的一端连接，所述第一开关管的源极、所述第一二极管的正极、所述第一电容的第二端、所述第二开关管的源极、所述第二二极管的正极以及所述第二电容的第二端连接；
所述第二开关管的漏极、所述第二二极管的负极以及所述第二电容的第一端与所述第一原边下半桥的一端连接。
7.如权利要求6所述的双向功率变换器，其特征在于，所述第一原边下半桥与所述第一原边上半桥的电路结构相同。
8.权利要求1或2所述的双向功率变换器，其特征在于，所述谐振变换电路为DAB-CLLC谐振变换电路或DAB-CLLLC谐振变换电路。
9.一种双向功率变换器电路，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的双向功率变换器。
10.一种双向功率变换器系统，其特征在于，包括权利要求9所述的双向功率变换器电路。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07135769A (ja) * 1993-11-09 1995-05-23 Shindengen Electric Mfg Co Ltd 直列共振コンバータ
CN101267160A (zh) * 2008-04-25 2008-09-17 艾默生网络能源有限公司 一种软开关电路
CN204906195U (zh) * 2015-05-22 2015-12-23 北京工业大学 一种电磁发射机
CN107888074A (zh) * 2017-11-17 2018-04-06 杭州电子科技大学 一种双向llc谐振直流‑直流变换器
CN109687717A (zh) * 2019-01-23 2019-04-26 东南大学 一种功率可调lc输入串联输出并联直流变压器及控制方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07135769A (ja) * 1993-11-09 1995-05-23 Shindengen Electric Mfg Co Ltd 直列共振コンバータ
CN101267160A (zh) * 2008-04-25 2008-09-17 艾默生网络能源有限公司 一种软开关电路
CN204906195U (zh) * 2015-05-22 2015-12-23 北京工业大学 一种电磁发射机
CN107888074A (zh) * 2017-11-17 2018-04-06 杭州电子科技大学 一种双向llc谐振直流‑直流变换器
CN109687717A (zh) * 2019-01-23 2019-04-26 东南大学 一种功率可调lc输入串联输出并联直流变压器及控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
袁义生: "一种新型双变压器三电平DC/DC 变换器的研究", 《华东交通大学学报》 *

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