CN206117514U - 一种高压dc/dc变换装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种高压DC/DC变换装置，包括一个DC/DC变换模块或者至少两个级联设置的DC/DC变换模块，DC/DC变换模块包括低压侧变换单元、隔离变压器单元和高压侧变换单元，低压侧变换单元和高压侧变换单元均为LLC半桥谐振电路，LLC半桥谐振电路有两种形式，第一种形式中有两个分体谐振电容，第二种形式中有一个单谐振电容。该DC/DC变换装置中的每个模块均减少了一半的开关管，使得本实用新型的DC/DC变换装置控制简单和成本降低，同时开关管的损耗减小到已有的50％，提高了DC/DC变换装置的效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种高压DC/DC变换装置。
背景技术
近年来，由于环境的变化和能源消耗速度的加快，越来越多的学者开始关注合理、高效的利用能源。随着现代电力电子技术的飞速发展，由于双向DC/DC变换技术具有软开关、高功率密度、装置体积小等优点，使得双向DC/DC变换在可再生能源、电动汽车、直流配电网及电力电子变压器等领域得到了广泛的应用。
实现双向DC/DC变换器的高功率密度和高效率是DC/DC变换器研究的重点；双向LLC谐振能够在全负载范围内，实现原边开关器件的零电压开通(ZVS)和副边整流二极管的零电流关断(ZCS)，开关损耗较小，因此在保持高效率的基础上提高开关频率，就能够减小装置的体积，增大功率密度，因此基于LLC谐振的双向DC/DC变换器受到了广泛关注。
目前，我公司已研制的双向LLC谐振DC/DC变换模块原理图如附图1所示，该模块拓扑由高压侧全桥变换、双向LLC谐振网络、低压侧全桥变换3部分组成。能量从高压侧向低压侧流动时，Q1、Q4与Q2、Q3加占空比为50％的互补驱动信号，实现逆变功能，Q5～Q8不加驱动信号，采用IGBT模块的反并联二极管进行整流，其中Q1和Q4的驱动信号完全相同，Q2和Q3的驱动信号完全相同；能量从低压侧向高压侧流动时，Q5、Q8与Q6、Q7加占空比为50％的互补驱动信号，实现逆变功能，Q1～Q4采用反并联二极管整流，其中Q5和Q8的驱动信号完全相同，Q6和Q7的驱动信号完全相同。
但是，这种基于全桥的DC/DC变换模块中的开关管个数较多，投入成本高；并且，由于每个开关管均需要相应地导通控制，所以，整个DC/DC变换模块的控制过程较为繁琐，相应地，可靠性较低。
而且，在电力电子变压器等领域，由于电压较高、功率较大，可将多个DC/DC变换单元进行级联，共同承担电压，减小了各DC/DC变换子单元中开关器件的电气应力，而且可根据工程应用中不同的电压等级灵活扩展。进一步地，该DC/DC变换模块中的开关管个数就需要投入更多，成本更加高，控制过程更加繁琐，可靠性更低。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种高压DC/DC变换装置，用以解决现有的DC/DC变换装置结构复杂的问题。
为实现上述目的，本实用新型的方案包括一种高压DC/DC变换装置，包括一个DC/DC变换模块或者至少两个级联设置的DC/DC变换模块，所述DC/DC变换模块包括低压侧变换单元、隔离变压器单元和高压侧变换单元，所述低压侧变换单元和高压侧变换单元均为LLC半桥谐振电路，所述LLC半桥谐振电路为第一谐振电路或者第二谐振电路，所述第一谐振电路中有两个分体谐振电容，第二谐振电路中有一个单谐振电容。
所述第一谐振电路包括两个桥臂，第一桥臂上串设有两个开关管，各开关管均反向并联有二极管，另一个桥臂上串设所述两个分体谐振电容，所述第一谐振电路与所述隔离变压器单元的连接线路上串设有谐振电感。
所述第二谐振电路包括一条桥臂，该桥臂上串设有两个开关管，各开关管均反向并联有二极管，这两个开关管之间的连接点连接所述隔离变压器单元，连接线路上串设有所述单谐振电容和谐振电感。
所述低压侧变换单元和高压侧变换单元均为所述第一谐振电路。
上述技术方案提供的高压DC/DC变换装置中的任意一个DC/DC变换模块中的高压侧变换单元和低压侧变换单元均是半桥单元，相比于背景技术中的全桥单元，每个DC/DC变换模块中均少了几乎50％的开关管数量，所以，在实现相同功能的基础上，上述技术方案提供的DC/DC变换模块的结构要更加简单，开关管的控制要更加简单，同时，投入的成本较低；而且，当多个DC/DC变换模块级联设置的时候，节省的开关管更多，成本进一步降低，控制进一步简单，同时，开关管的损耗相比于现有变换装置减小了一半，提高了开关管的效率。
附图说明
图1是现有的双向LLC谐振DC/DC变换装置的电路图；
图2是本实用新型提供的DC/DC变换模块的电路图；
图3是本实用新型提供的DC/DC变换装置的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。
本实用新型提供的DC/DC变换装置可以只包括一个DC/DC变换模块，如图2所示，当然，为了提高整个DC/DC变换装置的功率，该变换装置还可以由至少两个DC/DC变换模块构成，这些模块之间级联设置，如图3所示。在本实施例中，该变换装置不管包括多少个DC/DC变换模块，各DC/DC变换模块的电路结构是相同的，因此，以下对其中一个DC/DC变换模块进行详细说明。
如图2所示，DC/DC变换模块包括低压侧变换单元、隔离变压器单元和高压侧变换单元，其中，低压侧变换单元和高压侧变换单元均为LLC半桥谐振电路，该LLC半桥谐振电路的特点是包括有两个分体谐振电容(C1、C2)。如图2所示，高压侧LLC谐振电路包括两个桥臂，第一桥臂上串设有开关管，本实施例以IGBT为例，该第一桥臂上串设有两个IGBT，这两个IGBT均与对应的二极管反向并联设置，所以该第一桥臂为半桥电路；第二桥臂上串设上述两个分体谐振电容C1、C2，该低压侧LLC谐振电路与隔离变压器单元的连接线路上串设有谐振电感Lr1。相应地，低压侧LLC谐振电路同样包括两个桥臂，第一桥臂上串设有两个IGBT，这两个IGBT均与对应的二极管反向并联设置，所以该第一桥臂为半桥电路；第二桥臂上串设两个分体谐振电容C3、C4，该低压侧LLC谐振电路与隔离变压器单元的连接线路上串设有谐振电感Lr2。
半桥电路在运行时，当能量从高压侧向低压侧流动时，Q1与Q2加占空比为50％的互补驱动信号，实现逆变功能，Q3与Q4不加驱动信号，采用IGBT模块的反并联二极管进行整流；当能量从低压侧向高压侧流动时，相对应的Q3与Q4加占空比为50％的互补驱动信号实现逆变，Q1与Q2采用反并联二极管整流。
并且，当能量从高压侧向低压侧流动、且IGBT模块Q1开通时，C2和Lr1组成LC谐振实现IGBT模块Q1的ZCS；能量从高压侧向低压侧流动、且IGBT模块Q2开通时，C1和Lr1组成LC谐振实现IGBT模块Q2的ZCS。低压侧半桥变换与高压侧半桥变换电路组成和工作过程完全相同。
半桥LLC谐振电路的工作原理及具体工作过程属于现有技术，这里就不再具体说明。
由于能量能够双向流动，所以，该DC/DC变换装置中的两个LLC谐振电路整体为双向LLC谐振。DC/DC变换装置采用双向LLC谐振实现能量双向流动时电路的ZVS和准ZCS，并且采用不同数量的DC/DC变换模块级联能够实现不同电压等级和传输功率。
上述实施例中，给出了一种LLC谐振电路的具体结构，包括两个分体谐振电容，当然，本实用新型提供的DC/DC变换装置还可以包括其他结构的LLC谐振电路，比如具有单谐振电容的电路。该谐振电路只包括一条桥臂，该桥臂上串设有两个开关管，比如IGBT，这两个IGBT均反向并联有二极管，这两个IGBT之间的连接点与隔离变压器单元之间的连接线路上串设有单谐振电容和谐振电感。关于该谐振电路的工作过程等均属于现有技术，这里不再具体说明。
而且，DC/DC变换模块中的低压侧和高压侧的谐振电路的结构可以相同，即为上述两种谐振电路中的其中一个，当然，在满足其他运行条件的基础上，低压侧和高压侧的谐振电路还可以分别为上述两种谐振电路中的其中一个，比如：低压侧采用上述具有两个谐振电容的谐振电路，高压侧采用上述具有单谐振电容的谐振电路。再者，在较为理想的条件下，DC/DC变换装置中的DC/DC变换模块间的电路结构也可以不相同，比如：当DC/DC变换装置级联有多个DC/DC变换模块时，第一个DC/DC变换模块中的两个谐振电路为具有两个谐振电容的谐振电路，第二个DC/DC变换模块中的两个谐振电路为具有一个单谐振电容的谐振电路。
以上给出了具体的实施方式，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。本实用新型的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本实用新型的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本实用新型的保护范围内。
Claims (4)
1.一种高压DC/DC变换装置，包括一个DC/DC变换模块或者至少两个级联设置的DC/DC变换模块，所述DC/DC变换模块包括低压侧变换单元、隔离变压器单元和高压侧变换单元，其特征在于，所述低压侧变换单元和高压侧变换单元均为LLC半桥谐振电路，所述LLC半桥谐振电路为第一谐振电路或者第二谐振电路，所述第一谐振电路中有两个分体谐振电容，第二谐振电路中有一个单谐振电容。
2.根据权利要求1所述的高压DC/DC变换装置，其特征在于，所述第一谐振电路包括两个桥臂，第一桥臂上串设有两个开关管，各开关管均反向并联有二极管，另一个桥臂上串设所述两个分体谐振电容，所述第一谐振电路与所述隔离变压器单元的连接线路上串设有谐振电感。
3.根据权利要求1所述的高压DC/DC变换装置，其特征在于，所述第二谐振电路包括一条桥臂，该桥臂上串设有两个开关管，各开关管均反向并联有二极管，这两个开关管之间的连接点连接所述隔离变压器单元，连接线路上串设有所述单谐振电容和谐振电感。
4.根据权利要求1或2所述的高压DC/DC变换装置，其特征在于，所述低压侧变换单元和高压侧变换单元均为所述第一谐振电路。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107482923A (zh) * | 2017-09-21 | 2017-12-15 | 深圳市英威腾电气股份有限公司 | 一种dcdc变换器及其控制方法 |
| CN109672344A (zh) * | 2019-01-21 | 2019-04-23 | 中国科学院电工研究所 | 双向直流变换器及其控制方法 |
| WO2020093508A1 (zh) * | 2018-11-08 | 2020-05-14 | 江苏固德威电源科技股份有限公司 | 双向隔离dc/dc电路及其采用的控制方法 |
| CN113904565A (zh) * | 2021-10-18 | 2022-01-07 | 成都尚华电气有限公司 | 一种基于电力电子变压器的同相供变电装置 |
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2016
- 2016-09-26 CN CN201621080516.2U patent/CN206117514U/zh active Active
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