本申請涉及電力電子變換，特別涉及一種兩級式變換器及其控制方法。

背景技術(shù)：

1、近年來，隨著新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，電力電子變換裝置遇到了更高的挑戰(zhàn)，越來越多的研究工作者開展了大量的研究以追求變換器的高功率、高轉(zhuǎn)換效率以及高功率密度。而直流變換器作為電能變換中重要的環(huán)節(jié)也成為了研究中的重點。

2、為了提高變換器的電能轉(zhuǎn)換效率及其調(diào)壓能力，已有如下方案：

3、方案一：研究工作者將降壓電路(buck)與雙有源半橋電路(dahb，dualactivehalfbridge)進行級連式組合。其中變換器工作在變壓器原副邊電壓匹配的工作條件下，以實現(xiàn)電氣隔離(指在電路中避免電流直接從某一區(qū)域流到另外一區(qū)域的方式，也就是在兩個區(qū)域間不建立電流直接流動的路徑。雖然電流無法直接流過，但能量或是資訊仍可以經(jīng)由其他方式傳遞，例如電磁感應(yīng)或電磁波，或是利用光學(xué)、聲學(xué)或是機械的方式進行)以及高效率電能變換，并且采用buck電路進行調(diào)壓。該方案為兩級式拓撲結(jié)構(gòu)，其具有結(jié)構(gòu)簡單和控制靈活的優(yōu)點。但是兩級式結(jié)構(gòu)導(dǎo)致電能轉(zhuǎn)換效率偏低，并且增加了開關(guān)管數(shù)量。

4、方案二：研究工作人員將dahb電路與buck電路進行輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)型連接，其中dahb電路工作在電壓匹配工作條件下，buck電路調(diào)節(jié)占空比進行調(diào)壓，該方案對比兩級方案效率有所提升，但是其拓撲結(jié)構(gòu)不具備電氣隔離的功能。

5、由此可見，目前變換器存在電氣隔離與電能轉(zhuǎn)換效率無法兼顧的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本申請?zhí)峁┝艘环N兩級式變換器及其控制方法，可以解決電氣隔離與電能轉(zhuǎn)換效率無法兼顧的問題。

2、第一方面，本申請實施例提供了一種兩級式變換器，包括llc電路以及由開關(guān)管橋臂、復(fù)用電容和第一電感構(gòu)成的buck電路，llc電路包括第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管、第四開關(guān)管、第一電容、第二電容、第三電容、第四電容、外置漏電感、勵磁電感、隔直電容、復(fù)用電容、變壓器、輸出電容、負載；

3、其中，第一開關(guān)管的漏極分別與buck電路的第一電感的第二端、復(fù)用電容的第一端相連接，第一開關(guān)管的源極分別與第二開關(guān)管的漏極、隔直電容的第一端相連接，第二開關(guān)管的源極分別與復(fù)用電容的第二端、第二電容的第二端、buck電路的開關(guān)管橋臂的第二端、輸入電容的第二端、電源的負極相連接，第一電容的第一端分別與電源的正極、輸入電容的第一端、buck電路的開關(guān)管橋臂的第一端相連接，第一電容的第二端分別與第二電容的第一端、變換器的原邊繞組的異名端、勵磁電感的第二端相連接，隔直電容的第二端與外置漏電感的第一端相連接，外置漏電感的第二端分別與變換器的原邊繞組的同名端、勵磁電感的第一端相連接，第三開關(guān)管的源極分別與變壓器的副邊繞組的同名端、第四開關(guān)管的漏極相連接，第三開關(guān)管的漏極分別與第三電容的第一端、輸入電容的第一端、負載的第一端相連接，第四開關(guān)管的源極分別與第四電容的第二端、輸出電容的第二端、負載的第二端相連接，第三電容的第二端分別與第四電容的第一端、變壓器的副邊繞組的異名端相連接。

4、可選的，開關(guān)管橋臂包括第五開關(guān)管和第六開關(guān)管；

5、第五開關(guān)管的漏極為開關(guān)管橋臂的第一端，第六開關(guān)管的源極為開關(guān)管橋臂的第二端；

6、第五開關(guān)管的源極分別與第六開關(guān)管的漏極、第一電感的第一端相連接。

7、可選的，第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管、第四開關(guān)管、第五開關(guān)管、第六開關(guān)管均采用存在反并聯(lián)二極管和寄生電容的n型mos管。

8、第二方面，本申請實施例提供了一種兩級式變換器的控制方法，應(yīng)用于上述的兩級式變換器，該控制方法包括：

9、獲取復(fù)用電容的實際電壓以及兩級式變換器的輸入電壓、實際輸出電壓、期望輸出電壓；

10、根據(jù)輸入電壓和實際輸出電壓計算復(fù)用電容的期望電壓；

11、基于復(fù)用電容的期望電壓和實際電壓獲取開關(guān)管占空比，并基于期望輸出電壓和實際輸出電壓獲取相移角；

12、根據(jù)開關(guān)管占空比和移相角計算兩級變換器的輸出功率；

13、基于開關(guān)管占空比獲取第一pwm驅(qū)動信號，并基于移相角獲取第二pwm驅(qū)動信號；

14、利用第一pwm驅(qū)動信號和第二pwm驅(qū)動信號對兩級式變換器進行開關(guān)管通斷控制，實現(xiàn)對兩級式變換器的輸出功率的控制。

15、可選的，根據(jù)輸入電壓和實際輸出電壓計算復(fù)用電容的期望電壓，包括：

16、通過公式：

17、vcaref＝2vo*np-vin

18、計算復(fù)用電容的期望電壓vcaref；

19、其中，vo表示兩級式變換器的實際輸出電壓，np表示變壓器的變壓比，vin表示輸入電壓。

20、可選的，基于復(fù)用電容的期望電壓和實際電壓獲取開關(guān)管占空比，包括：

21、計算復(fù)用電容的期望電壓與實際電壓之間的第一差值；

22、將第一差值輸入數(shù)字pi調(diào)節(jié)器，得到開關(guān)管占空比。

23、可選的，基于期望輸出電壓和實際輸出電壓獲取相移角，包括：

24、計算期望輸出電壓與實際輸出電壓之間的第二差值；

25、將第二差值輸入數(shù)字pi調(diào)節(jié)器，得到相移角。

26、可選的，根據(jù)開關(guān)管占空比和移相角計算兩級變換器的輸出功率，包括：

27、通過公式：

28、

29、計算兩級變換器的輸出功率p；

30、其中，vout表示兩級變換器的實際輸出電壓，np表示變壓器的變壓比，表示移相角，d表示開關(guān)管占空比，fs表示變壓器的開關(guān)頻率，lk表示電感值。

31、本申請的上述方案有如下的有益效果：

32、在本申請的實施例中，通過將buck電路和llc電路構(gòu)建成電氣隔離的兩級式變換器，通過增大或減小buck電路開關(guān)管的導(dǎo)通時間，能夠調(diào)整buck電路的輸出電壓，確保在寬電壓范圍內(nèi)，兩級式變換器中的llc電路能夠工作在電壓匹配的工作模式，實現(xiàn)高效率增益變換，并且保證buck電路傳遞的功率小于等于系統(tǒng)功率，進一步提高了系統(tǒng)效率；通過對開關(guān)管進行控制，能夠增大兩級式變換器的輸出功率，從而實現(xiàn)高效的電能轉(zhuǎn)換。

33、本申請的其它有益效果將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。

技術(shù)特征：

1.一種兩級式變換器，包括llc電路以及由開關(guān)管橋臂、復(fù)用電容和第一電感構(gòu)成的buck電路，其特征在于，所述llc電路包括第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管、第四開關(guān)管、第一電容、第二電容、第三電容、第四電容、外置漏電感、勵磁電感、隔直電容、復(fù)用電容、變壓器、輸出電容、負載；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩級式變換器，其特征在于，所述開關(guān)管橋臂包括第五開關(guān)管和第六開關(guān)管；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的兩級式變換器，其特征在于，所述第一開關(guān)管、所述第二開關(guān)管、所述第三開關(guān)管、所述第四開關(guān)管、所述第五開關(guān)管、所述第六開關(guān)管均采用存在反并聯(lián)二極管和寄生電容的n型mos管。

4.一種兩級式變換器的控制方法，應(yīng)用于如權(quán)利要求1至3任一項所述的兩級式變換器，所述控制方法包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述根據(jù)所述輸入電壓和所述實際輸出電壓計算復(fù)用電容的期望電壓，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述基于所述復(fù)用電容的期望電壓和實際電壓獲取開關(guān)管占空比，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述基于所述期望輸出電壓和所述實際輸出電壓獲取相移角，包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述根據(jù)所述開關(guān)管占空比和所述移相角計算所述兩級變換器的輸出功率，包括：

技術(shù)總結(jié)
本申請涉及電力電子變換技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種兩級式變換器及其控制方法，該兩級式變換器包括LLC電路和Buck電路，LLC電路包括第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管、第四開關(guān)管、第一電容、第二電容、第三電容、第四電容、外置漏電感、勵磁電感、隔直電容、復(fù)用電容、變壓器、輸出電容、負載，第一開關(guān)管的漏極與Buck電路的第一電感的第二端、復(fù)用電容的第一端相連接，第一開關(guān)管的源極與第二開關(guān)管的漏極、隔直電容的第一端連接，第二開關(guān)管的源極與復(fù)用電容的第二端、第二電容的第二端、Buck電路的開關(guān)管橋臂的第二端、輸入電容的第二端、電源的負極連接。本申請的兩級式變換器能夠在實現(xiàn)電氣隔離的同時提高電能轉(zhuǎn)換效率。

技術(shù)研發(fā)人員：于少龍,粟梅,許國,寧光富,王輝,孫堯
受保護的技術(shù)使用者：中南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2