CN218416198U - 三相交错双向谐振半桥直流变换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种三相交错双向谐振半桥直流变换器，包括原边H桥式逆变器、副边H桥式整流器和谐振腔，谐振腔包括谐振电感、变压器和谐振电容，变压器的原边绕组经谐振电感和谐振电容与原边H桥式逆变器连接，变压器的副边绕组与副边H桥式整流器连接。本实用新型变换器的副边无谐振腔，三相谐振半桥直流变换器原边开关管可以实现零电压开通，副边开关管虽然没有谐振腔，但是仍然可以实现零电流开通，具有电路结构简单，体积小，重量轻，功率密度高等优点。

Description

三相交错双向谐振半桥直流变换器

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，具体涉及一种三相交错双向谐振半桥直流变换器。

背景技术

谐振半桥(LLC)变换器由于软开关、高效率、高功率密度而广泛应用于工业、医疗、航天、光伏、新能源等领域。在低压大功率场合，由于LLC变换器谐振电流近似正弦，波形系数大导致变换器导通损耗大，器件热损耗大，散热困难，导致体积大高功率密度难以实现。同时，波形系数大需要输入和输出滤波参数大，相应需要增加滤波器件，导致功率密度降低。在中小功率中常采用多模块并联方式或者交错并联，在低压大功率应用场景下，多模块并联***的复杂性增加，可靠性和稳定性降低，成本成倍增加，因此，LLC多交错并联技术成为近年来的研究热点。

如公布号为CN110995004A的中国实用新型专利申请文献中提出的三相星型连接双向LLC变换器，虽然能实现能量双向流动和自动均流，但是电路结构复杂，元器件数量多，实现高功率密度困难。

如公布号为CN110401352A的中国实用新型专利申请文献提出了一种双向谐振变换器，原副边原边各路谐振腔存在谐振电感(Lr)和谐振电容(Cr)，变压器一次侧和二次侧谐振电容采用三角连接将消除三次谐波电流，电路结构复杂，存在由于原副边器件参数差异带来的谐振点偏移的问题。

上述三相交错LLC谐振变换器存在电路结构复杂，体积和重量大，功率密度低的问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题如何优化电路结构，提高功率密度。

本实用新型通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

本实用新型提出了一种三相交错双向谐振半桥直流变换器，包括原边H桥式逆变器、副边H桥式整流器和谐振腔，所述谐振腔包括谐振电感、变压器和谐振电容，所述变压器的原边绕组经所述谐振电感和所述谐振电容与所述原边H桥式逆变器连接，所述变压器的副边绕组与所述副边H桥式整流器连接。

与传统的三相交错双向谐振半桥直流变换器在原副边各设置谐振腔不同，本实用新型变换器的副边无谐振腔，不存在谐振电容及谐振电感，电路结构简单，控制方式简单可靠性高，不存在由于副边器件参数差异带来的谐振点偏移的问题；并且三相谐振半桥直流变换器原边开关管可以实现零电压开通(ZVS)，副边开关管虽然没有谐振腔，但是仍然可以实现零电流开通(ZCS)，因此相交错双向谐振半桥直流变换器具有电路结构简单，体积小，重量轻，功率密度高等优点。

进一步地，所述原边H桥式逆变器和所述副边H桥式整流器分别为由三组高频功率开关管组成的半桥电路。

进一步地，所述谐振腔包括三路谐振单元，每路谐振单元均包括所述谐振电感、一个所述变压器和一个所述谐振电容；

在每路谐振单元中，所述谐振电感的一端接所述原边H桥式逆变器的桥臂中点，所述谐振电感的另一端与所述变压器原边绕组的一端串联，所述变压器的另一端与对所述谐振电容的一端串联，所述变压器的副边绕组一端接所述副边H桥式整流器的桥臂中点，所述谐振电容的另一端与所述变压器的副边绕组的另一端采用星(Y)型连接。

进一步地，所述原边H桥式逆变器的接线端并联有电源和第一滤波电容。

进一步地，所述副边H桥式整流器的接线端并联有第二滤波电容和负载。

本实用新型的优点在于：

(1)与传统的三相交错双向谐振半桥直流变换器在原副边各设置谐振腔不同，本实用新型变换器的副边无谐振腔，不存在谐振电容及谐振电感，电路结构简单，控制方式简单可靠性高，不存在由于原副边器件参数差异带来的谐振点偏移的问题；并且三相谐振半桥直流变换器原边开关管可以实现零电压开通(ZVS)，副边开关管虽然没有谐振腔，但是仍然可以实现零电流开通(ZCS)，因此相交错双向谐振半桥直流变换器具有电路结构简单，体积小，重量轻，功率密度高等优点。

(2)与相关技术中谐振电容之间采用“Δ”连接方式不同，本实用新型中谐振电容的另一端与变压器的副边绕组的另一端采用星(Y)型连接，具有三相交错控制易解耦，控制方式简单快捷等特点等优点。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1是本实用新型一实施例提出的一种三相交错双向谐振半桥直流变换器的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实施例提出了一种三相交错双向谐振半桥直流变换器，包括原边H桥式逆变器10、副边H桥式整流器30和谐振腔20，所述谐振腔20包括谐振电感、变压器和谐振电容，所述变压器的原边绕组经所述谐振电感和所述谐振电容与所述原边H桥式逆变器10连接，所述变压器的副边绕组与所述副边H桥式整流器连接30。

本实用新型变换器的副边无谐振腔，不存在谐振电容及谐振电感，电路结构简单，控制方式简单可靠性高，不存在由于副边器件参数差异带来的谐振点偏移的问题；并且三相谐振半桥直流变换器原边开关管可以实现零电压开通(ZVS)，副边开关管虽然没有谐振腔，但是仍然可以实现零电流开通(ZCS)，因此相交错双向谐振半桥直流变换器具有电路结构简单，体积小，重量轻，功率密度高等优点。

在一实施例中，所述原边H桥式逆变器10和所述副边H桥式整流器30分别为由三组高频功率开关管组成的半桥电路。

具体地，在原边H桥式逆变器中，设置有高频功率开关管S1、S2、S3、S4、S5及S6，六个功率开关管两两组成半桥电路，共有三路半桥电路；在副边H桥式整流器中，设置有高频功率开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5及Q6，六个功率开关管两两组成半桥电路，共有三路半桥电路。

在一实施例中，所述谐振腔20包括三路谐振单元，每路谐振单元均包括所述谐振电感、一个所述变压器和一个所述谐振电容；

在每路谐振单元中，所述谐振电感的一端接所述原边H桥式逆变器10的桥臂中点，所述谐振电感的另一端与所述变压器原边绕组的一端串联，所述变压器的另一端与对所述谐振电容的一端串联，所述变压器的副边绕组一端接所述副边H桥式整流器30的桥臂中点，所述谐振电容的另一端与所述变压器的副边绕组的另一端采用星(Y)型连接。

具体地，每路谐振单元包括高频谐振电感Lr、高频变压器T和谐振电容Cr，三路谐振变换器原边通过原边谐振电容Cr和副边变压器抽头采用星(Y)型连接，三路谐振变换器的电路参数一致(开关管S1、S2、S3、S4、S5、S6相同，谐振电感Lr1，Lr2，Lr3相同，谐振电容Cr1、Cr2、Cr3相同，开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6相同)。

在一实施例中，所述原边H桥式逆变器10的接线端并联有电源DC和第一滤波电容C1。

在一实施例中，所述副边H桥式整流器30的接线端并联有第二滤波电容C2和负载Rload。

本实施例提出的三相交错双向谐振半桥直流变换器的工作原理为：

以第一路谐振变换器为例说明(第二路和第三路与第一路类似)，第一路谐振变换器由开关管S1、S2、谐振电感Lr1、变压器T1、谐振电容Cr1、副边开关管Q1、Q2组成。谐振电感Lr1、变压器T1、谐振电容Cr1组成谐振腔，原边开关管S1和S2互补导通(防止S1、S2直通，S1、S2驱动之间加入死区时间)，副边开关管Q1和Q2互补导通(防止Q1、Q2直通，Q1、Q2驱动之间加入死区时间)，原边开关管S1、S2和Q1、Q2的开关频率和占空比一致；在输出空载控制时，副边Q1、Q2开关管不开通，通过Q1、Q2的体二极管整流；输出负载逐渐增大时，副边Q1、Q2开关管导通可减小开关管损耗，以提高变换器转换效率。原边开关管S1、S2的开通和关断，变压器两端产生高频的方波经过高频变压器传输到副边，经过副边开关管Q1和Q2的开通和关断及滤波电容C2滤波得到直流电。

第二路谐振变换器的原边开关管S3、S4的驱动信号和第一路谐振变换器S1、S2相差120°，副边开关管Q3、Q4的驱动信号和第一路谐振变换器Q1、Q2相差120°。第三路谐振变换器的原边开关管S5、S6的驱动信号和第一路谐振变换器S1、S2相差240°，和第二路谐振变换器S3、S4相差120°；副边开关管Q5、Q6的驱动信号和第一路谐振变换器Q1、Q2相差240°，和第二路谐振变换器Q3、Q4相差120°。三相谐振变换器的开关管相互交错120°，每一路谐振变换器的上下桥臂驱动互补。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.一种三相交错双向谐振半桥直流变换器，其特征在于，包括原边H桥式逆变器、副边H桥式整流器和谐振腔，所述谐振腔包括谐振电感、变压器和谐振电容，所述变压器的原边绕组经所述谐振电感和所述谐振电容与所述原边H桥式逆变器连接，所述变压器的副边绕组与所述副边H桥式整流器连接。

2.如权利要求1所述的三相交错双向谐振半桥直流变换器，其特征在于，所述原边H桥式逆变器和所述副边H桥式整流器分别为由三组高频功率开关管组成的半桥电路。

3.如权利要求1所述的三相交错双向谐振半桥直流变换器，其特征在于，所述谐振腔包括三路谐振单元，每路谐振单元均包括所述谐振电感、一个所述变压器和一个所述谐振电容；

在每路谐振单元中，所述谐振电感的一端接所述原边H桥式逆变器的桥臂中点，所述谐振电感的另一端与所述变压器原边绕组的一端串联，所述变压器的另一端与对所述谐振电容的一端串联，所述变压器的副边绕组一端接所述副边H桥式整流器的桥臂中点，所述谐振电容的另一端与所述变压器的副边绕组的另一端采用星(Y)型连接。

4.如权利要求1所述的三相交错双向谐振半桥直流变换器，其特征在于，所述原边H桥式逆变器的接线端并联有电源和第一滤波电容。

5.如权利要求1所述的三相交错双向谐振半桥直流变换器，其特征在于，所述副边H桥式整流器的接线端并联有第二滤波电容和负载。

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