一种低压侧并联自均流型双有源全桥变换器

1.本发明涉及属于电力电子级联技术领域，尤其涉及一种低压侧并联自均流型双有源全桥变换器。


背景技术：

2.近年来，电力电子系统中的变换器正朝着大功率、集成化、低成本、高功率密度以及高效率等方向发展。谐振变换器具备电气隔离、易于实现软开关控制、效率高等诸多优点，并能通过并联组合实现多重模块化方案，已发展成为新能源发电、电动汽车、航空航天、不间断电源、直流配电系统等场合的大功率并联开关电源的核心拓扑之一。
3.在低压大电流场合，通过将多相双有源桥式变换器并联可以有效提升系统功率容量，降低功率管应力，因此被广泛应用。然而，在实际电路中，各模块的串联电感和等参数无法保证完全一致，会导致各模块的电流的不均衡，从而引发部分模块电流应力过高等严重问题。为了解决上述问题，ieee transactions on power electronics期刊于2019年第66卷第9期论文《dual-active-bridge converter with parallel-connected full bridges in low-voltage side for zvs by using auxiliary coupling inductor》提出了一种基于耦合电感的自均流型拓扑均流方法，但是耦合电感增加了系统的体积和成本，降低了功率密度。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的缺陷，本发明提供一种低压侧并联自均流型双有源全桥变换器；通过将各相模块的串联电感同时并联，可以同时消除各相模块串联参数差异对系统均流性能的影响；该方法，具有结构合理、实现方便、通用性好，系统集成度高、成本低等诸多优点。
5.本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
6.一种低压侧并联自均流型双有源全桥变换器，包括：
7.第1相双有源桥式变换器p1，所述第1相双有源桥式变换器p1包括第一开关电路s11、第1串联电感l1、第1隔离型变压器t1、第二开关电路s12以及变换器直流端口侧电容c11、c12；所述第1串联电感l1和第1隔离变压器t1的原边绕组n
p1
串联；所述第一开关电路s11具有输入端口1-1和输出端口1-2，所述第二开关电路s12具有输入端口1-3和输出端口1-4；
8.第2相双有源桥式变换器p2，所述第2相双有源桥式变换器p2包括第一开关电路s21、第2串联电感l2、第2隔离型变压器t2、与第一相双有源桥式变换器公用的第二开关电路s22以及变换器直流端口侧电容c21、c22；所述第2串联电感l2和第2隔离变压器t2的原边绕组n
p2
串联；所述第一开关电路s11具有输入端口2-1和输出端口2-2；
9.所述的第一串联电感l1与第二串联电感l2通过线l1实现并联连接。
10.优选的，通过将两相模块的第1串联电感l1和第2串联电感l2并联连接后，第1串联
电感l1和第2串联电感l2实现了耦合，耦合后总的串联电感值为：
[0011][0012]
总串联电感等效到第一相双有源桥式变换器p1和第二相双有源桥式变换器p2的串联电感值分别为lr1和lr2，并且lr1＝lr2，等效后的串联电感表达式为：
[0013][0014]
优选的，所述的第一开关电路s11、s21开关时序相同；在同一时刻，所述的每相变换器电流方向相同；第一开关电路sn1与第二开关电路sn2之间存在移相占空比d2，所述移相占空比d2用于控制变换器功率大小和功率流动方向。
[0015]
优选的，所述的第一开关电路s11、s12能是半桥电路、全桥电路；所述的第二开关电路s21、s22电路能是半桥电路、全桥电路、全桥整流电路以及倍压整流电路。
[0016]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0017]
1.本发明提供的一种低压侧并联自均流型双有源全桥变换器，通过将各相模块的串联电感并联实现耦合，耦合后等效到各相模块的串联电感参数将相同，从而消除各相模块串联参数差异对系统均流性能的影响；具有结构合理、实现方便、通用性好，系统集成度高、成本低等诸多优点。
[0018]
2.本发明提供的一种低压侧并联自均流型双有源全桥变换器，第一开关电路时序相同，不会影响到并联双有源全桥变换器的工作原理的分析和电感等参数的设计。
[0019]
3.本发明提供的一种低压侧并联自均流型双有源全桥变换器，所提供的方案没有引入任何额外的电路器件，也不需要加入复杂的控制方法，且均流效果好。
附图说明
[0020]
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]
图1为本发明提供的一种低压侧并联自均流型双有源全桥变换器结构示意图；
[0022]
图2为本发明提供的一种低压侧并联自均流型双有源全桥变换器实施例一；
[0023]
图3为传统的低压侧并联型双有源全桥变换器；
[0024]
图4是未采用本发明方法时，低压侧两相模块的电感电流i
l1
、i
l2
电感电流仿真波形，在47a：67a处位于上方的为i
l2
电感电流仿真波形；
[0025]
图5是采用本发明方法时，低压侧两相模块的电感电流i
l1
、i
l2
电感电流仿真波形，在54a：53.8a处位于上方的为i
l2
电感电流仿真波形。
[0026]
图中的vp，vs是并联双有源桥变换器的直流侧端口电压。i
l1
、i
l2
为各相模块的电感电流。
具体实施方式
[0027]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0028]
一种低压侧并联自均流型双有源全桥变换器，包括：
[0029]
第1相双有源桥式变换器p1，所述第1相双有源桥式变换器p1包括第一开关电路s11、第1串联电感l1、第1隔离型变压器t1、第二开关电路s12以及变换器直流端口侧电容c11、c12；所述第1串联电感l1和第1隔离变压器t1的原边绕组n
p1
串联；所述第一开关电路s11具有输入端口1-1和输出端口1-2，所述第二开关电路s12具有输入端口1-3和输出端口1-4；
[0030]
第2相双有源桥式变换器p2，所述第2相双有源桥式变换器p2包括第一开关电路s21、第2串联电感l2、第2隔离型变压器t2、与第一相双有源桥式变换器公用的第二开关电路s22以及变换器直流端口侧电容c21、c22；所述第2串联电感l2和第2隔离变压器t2的原边绕组n
p2
串联；所述第一开关电路s11具有输入端口2-1和输出端口2-2；
[0031]
所述的第一串联电感l1与第二串联电感l2通过线l1实现并联连接。
[0032]
作为一种具体的实施方式，通过将两相模块的第1串联电感l1和第2串联电感l2并联连接后，第1串联电感l1和第2串联电感l2实现了耦合，耦合后总的串联电感值为：
[0033][0034]
总串联电感等效到第一相双有源桥式变换器p1和第二相双有源桥式变换器p2的串联电感值分别为lr1和lr2，并且lr1＝lr2，等效后的串联电感表达式为：
[0035][0036]
作为一种具体的实施方式，所述的第一开关电路s11、s21开关时序相同；在同一时刻，所述的每相变换器电流方向相同；第一开关电路sn1与第二开关电路sn2之间存在移相占空比d2，所述移相占空比d2用于控制变换器功率大小和功率流动方向。
[0037]
作为一种具体的实施方式，所述的第一开关电路s11、s12能是半桥电路、全桥电路；所述的第二开关电路s21、s22电路能是半桥电路、全桥电路、全桥整流电路以及倍压整流电路。
[0038]
由附图4和附图5可见，在未采用本发明下，传统的(附图3)低压侧并联双有源全桥变换器的电感电流i
11
、i
21
电感电流仿真波形差别巨大，非常的不均衡，均流误差达到了14.2％。而采用本专利所提出的方法后，低压侧并联双有源全桥变换器的电感电流i
11
、i
21
仿真波形差别很小，非常均衡，均流误差小于1％。
[0039]
仿真参数为：vp＝110v，vs＝125v，l1＝2.0μh，l2＝1.5μh，传输功率8kw，开关频率50khz。
[0040]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。