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专利号: 202011201681X
申请人: 天津理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种谐振型DC‑DC变换器,其特征在于,所述谐振型DC‑DC变换器包括:输入分压电容电路、三电平桥臂、两电平桥臂、串联谐振单元、变压器和桥式整流单元;

超级电容的正极分别与所述输入分压电容电路的一端、所述三电平桥臂的第一输入端和所述两电平桥臂的第一输入端连接,所述超级电容的负极分别与所述输入分压电容电路的另一端、所述三电平桥臂的第二输入端和所述两电平桥臂的第二输入端连接;所述三电平桥臂的第三输入端与所述输入分压电容电路的分压端连接,所述三电平桥臂的输出端与所述串联谐振单元的一端连接;

所述变压器的原边线圈的两端分别与所述两电平桥臂的输出端和所述串联谐振单元的另一端连接,所述变压器的副边线圈的两端分别与所述桥式整流单元的第一输入端和第二输入端连接;所述桥式整流单元的输出端连接直流母线;

当超级电容端电压VSC<0.4VN时,谐振型DC‑DC变换器工作在高电压增益模式:三电平桥臂、两电平桥臂和桥式整流单元中的所有功率开关管均采用固定50%占空比导通;三电平桥臂中的功率开关管Q1、Q2和两电平桥臂中的功率开关管Q6同时导通,三电平桥臂中的功率开关管Q3、Q4和两电平桥臂中的功率开关管Q5同时导通,超级电容侧输出电压VT1为占空比

50%的方波电压,幅值为±VSC;桥式整流单元中的功率开关管Q7和Q10同时导通,功率开关管Q8和Q9同时导通,直流母线侧输出电压VT2为占空比50%的方波电压,幅值为±VBUS;其中,VN为超级电容的额定电压,VBUS为直流母线电压;

当0.8VN>VSC≥0.4VN时,谐振型DC‑DC变换器工作在中电压增益模式:Q5一直关断,Q6一直导通,三电平桥臂和桥式整流单元中的功率开关管均采用固定50%占空比导通,超级电容侧输出电压VT1为占空比50%的方波电压,幅值为VSC和0;Q7和Q10同时导通,Q8和Q9同时导通,直流母线侧输出电压VT2为占空比50%的方波电压,幅值为±VBUS;

当VSC≥0.8VN时,谐振型DC‑DC变换器工作在低电压增益模式:Q1和Q5一直关断,Q6一直导通,Q2、Q3、Q4和Q7‑Q10均采用固定50%占空比导通;Q3和Q4同时导通,并与Q2互补导通,超级电容侧输出电压VT1为占空比50%的方波电压,幅值为0.5VSC和0;Q7和Q10同时导通,Q8和Q9同时导通,直流母线侧输出电压VT2为占空比50%的方波电压,幅值为±VBUS。

2.根据权利要求1所述的谐振型DC‑DC变换器,其特征在于,所述谐振型DC‑DC变换器还包括:滤波电容;

所述桥式整流单元的输出端并联所述滤波电容后连接直流母线。

3.根据权利要求1所述的谐振型DC‑DC变换器,其特征在于,所述输入分压电容电路包括:电容C1和电容C2;

所述电容C1的一端分别与所述超级电容的正极、所述三电平桥臂的第一输入端和所述两电平桥臂的第一输入端连接,所述电容C1的另一端与所述电容C2的一端连接,所述电容C2的另一端分别与所述超级电容的负极、所述三电平桥臂的第二输入端和所述两电平桥臂的第二输入端连接;

所述电容C1的另一端与所述电容C2的一端的连接点作为所述输入分压电容电路的分压端。

4.根据权利要求1所述的谐振型DC‑DC变换器,其特征在于,所述三电平桥臂包括:功率开关管Q1、功率开关管Q2、功率开关管Q3、功率开关管Q4、续流二极管D1和续流二极管D2;

所述功率开关管Q1的漏极分别与所述超级电容的正极、所述输入分压电容电路的一端和所述两电平桥臂的第一输入端连接;所述功率开关管Q1的源极与所述功率开关管Q2的漏极连接;所述功率开关管Q2的源极与所述功率开关管Q3的漏极连接;所述功率开关管Q3的源极与所述功率开关管Q4的漏极连接;所述功率开关管Q4的源极与所述超级电容的负极、所述输入分压电容电路的另一端和所述两电平桥臂的第二输入端连接;

所述续流二极管D1的负极、所述功率开关管Q1的源极和所述功率开关管Q2的漏极共点连接;所述续流二极管D2的正极、所述功率开关管Q3的源极和所述功率开关管Q4的漏极共点连接;所述续流二极管D1的正极与所述续流二极管D2的负极连接;

所述功率开关管Q1的漏极作为所述三电平桥臂的第一输入端,所述功率开关管Q4的源极作为所述三电平桥臂的第二输入端,所述续流二极管D1的正极与所述续流二极管D2的负极的连接点作为所述三电平桥臂的第三输入端,所述功率开关管Q2的源极与所述功率开关管Q3的漏极的连接点作为所述三电平桥臂的输出端。

5.根据权利要求1所述的谐振型DC‑DC变换器,其特征在于,所述两电平桥臂包括:功率开关管Q5和功率开关管Q6;

所述功率开关管Q5的漏极分别与所述超级电容的正极、所述输入分压电容电路的一端和所述三电平桥臂的第一输入端连接;所述功率开关管Q5的源极与所述功率开关管Q6的漏极连接;所述功率开关管Q6的源极分别与所述超级电容的负极、所述输入分压电容电路的另一端和所述三电平桥臂的第二输入端连接;

所述功率开关管Q5的漏极作为所述两电平桥臂的第一输入端,所述功率开关管Q6的源极作为所述两电平桥臂的第二输入端,所述功率开关管Q5的源极与所述功率开关管Q6的漏极的连接点作为所述两电平桥臂的输出端。

6.根据权利要求1所述的谐振型DC‑DC变换器,其特征在于,所述串联谐振单元包括:电容CR和电感LR;

所述电容CR的一端与所述三电平桥臂的输出端连接,所述电容CR的另一端与所述电感LR的一端连接,所述电感LR的另一端与所述变压器的原边线圈的一端连接。

7.根据权利要求1所述的谐振型DC‑DC变换器,其特征在于,所述变压器的变比为n:1。

8.根据权利要求1所述的谐振型DC‑DC变换器,其特征在于,所述桥式整流单元包括:功率开关管Q7、功率开关管Q8、功率开关管Q9和功率开关管Q10;

所述功率开关管Q7的漏极与所述直流母线的正极连接,所述功率开关管Q7的源极与所述功率开关管Q8的漏极连接;所述功率开关管Q8的源极与所述直流母线的负极连接;

所述功率开关管Q9的漏极与所述直流母线的正极连接,所述功率开关管Q9的源极与所述功率开关管Q10的漏极连接;所述功率开关管Q10的源极与所述直流母线的负极连接;

所述功率开关管Q7的源极与所述功率开关管Q8的漏极的连接点作为所述桥式整流单元的第一输入端,所述功率开关管Q9的源极与所述功率开关管Q10的漏极的连接点作为所述桥式整流单元的第二输入端,所述功率开关管Q9的漏极和所述功率开关管Q10的源极作为所述桥式整流单元的输出端。