一种双向LLC变换电路的制作方法

本公开涉及供电电路领域，具体涉及一种双向llc变换电路。

背景技术：

1、在传统意义下电动汽车作为电力系统中的负载，用户可能随时、随地将其接入电网并开始充电，造成时间和空间上的不确定性。在无政策约束和价格激励的自然情况下，用户通常于下班回家时开始充电并于深夜时期结束，电动汽车的日充电负荷曲线同配电网本身的负荷曲线重合度较高。随着电动汽车渗透率的进一步提高，配电网的峰谷差可能会被进一步放大，影响系统运行的可靠性、经济性和电能质量。为解决新能源大规模并网问题提供了新的解决思路，这就是v2g技术的基本思想，即在v2g的概念下，电动汽车除了需要进行有序的充电外，还需要进行有序的放电，从而弥补新能源发电随机性和波动性的缺点。大规模接入的电动汽车在系统中充当着分布式储能系统的作用，当系统中的负荷相对于新能源发电功率偏低时，引导调度电动汽车进行充电，消纳多余的电能；当系统中发电功率不足时，由电动汽车向电网回馈电能，弥补新能源发电功率的不足。通过合理的价格激励，用户也可以在这一过程中获取一定的经济收益，从而提高用户的参与积极性。v2g技术的核心为双向高效率的隔离dc-dc能量变换技术，目前实现双向能量变换dc-dc的拓扑主要有dab和cllc拓扑。

2、dab变换器具有电路结构简单、所需元器件数目较少，且基本控制方法简单等优势，但同时也存在以下问题：(1)轻载情况下的软开关范围受限；(2)工作环流带来较大的导通损耗；(3)器件关断电流较大，关断损耗高；(4)存在磁平衡问题等。

3、cllc变换器：设计方法较dab电路更为复杂，同等开关频率下体积也更大，但可以自然实现全工作范围的软开关，且具有更低的器件关断电流和更高的效率。在控制方式上，cllc电路的变频控制方式也比dab电路的多重移相控制更易实现，控制复杂度较低。但cllc在变压器设计时具有一定的约束如图1所示，当k(谐振电感与变压器原边电感的比值)值大于4，q(电路的品质因数)值大于0.4之后系统的增益进入非线性区(非单调)，系统无法可靠的完成控制。

4、相比于cllc变化器，llc变换器的增益曲线更简单如图2所示，k值和q值的变化不会产生非单调性且同样具有升降压的调节能力；k值过低意味着变压器的励磁电感lm较小，这将使谐振电流的有效值和器件的关断电流增大，造成导通损耗和关断损耗的上升。从效率的角度考虑，应当选择尽可能高的k值，以减小变压器的励磁电流。因此应在满足增益范围和单调性要求的前提下，尽可能选择更高的k值，以优化变换器的效率。在正向工作时谐振腔呈现为llc结构，lm的存在使变换器具备升压能力。但在反向工作时，由于lm直接并联在副边全桥输出的两端，对功率传输特性没有影响，谐振腔仍然呈现为lc结构，只能工作在降压状态。

5、对于llc变换器(固定的谐振腔参数)其式设计参数均是由最大负载和增益决定，很难保证全功率段的效率。开关器件的开关损耗与开关频率和开关状态的电流相关成正比；磁芯器件的磁滞损耗与开关频率2.5次方成反比，与输入电压成正比。

6、在输入电压较高轻载时，开关器件的开关损耗占比比较小，磁芯损耗的磁滞损耗占比较大，适当的提升谐振频率可以有效地降低磁芯损耗，从而提升系统整体效率。在输入电压较低重载时，功率器件的开关损耗占比较大，所以适当的降低开关频率可以提高系统的整体的效率。

技术实现思路

1、本公开提供一种双向llc变换电路，能够解决背景技术中提到的最少一个问题，其一方面具备双向升降压的功能，另一方面能量正向传输和反向传输时均可以等效为llc，其单调性不受k值和q值的影响，且可以通过调节谐振参数实现整体效率的最优。为解决上述技术问题，本公开提供一种双向llc变换电路，包括：

2、主电路，所述主电路包括输入电池组、输入功率器件、输入谐振腔调节单元、输出谐振腔调节单元、输出功率器件以及输出电池组，其中，所述输入电池组的正负极分别电连接组成电桥的输入功率器件的两端，所述组成电桥的输入功率器件的另外两端连接输入谐振腔调节单元，所述输出电池组的正负极分别电连接组成电桥的输出功率器件的两端，所述组成电桥的输出功率器件的另外两端连接输出谐振腔调节单元，所述输入谐振腔调节单元和谐振腔调节单元分别电连接变压器两个相互耦合的绕组；

3、输入检测单元，用于检测所述输入电池组的输入参数；

4、输出检测单元，用于检测所述输出电池组的输出参数；

5、控制单元，用于根据所述输入参数和输出参数，控制所述输入功率器件和输出功率器件的开关状态，从而控制输入谐振腔参数和输出谐振腔参数。

6、输入隔离驱动单元和输出隔离驱动单元，用于实现控制系统与功率系统之间的隔离。

7、可选地，所述输入电池组和输入功率器件之间还连接有输入滤波模块，所述输入滤波模块用于实现输入电池组输入的滤波；

8、和/或，

9、所述输出电池组和输出功率器件之间还连接有输出滤波模块，所述输出滤波模块用于实现输出功率器件输出的滤波。

10、可选地，所述输入谐振腔调节单元包括n个电感分别和n个继电器并联后串联在一起形成一个可变的输入电感网络，与n个电容分别和n个继电器串联后再并联在一起形成一个可变的输入电容网络，将输入电感网络和输入电容网络串联后形成一个输入谐振腔调节单元；以及,所述输出谐振腔调节单元包括n个电感分别和n个继电器并联后串联在一起形成一个可变的输出电感网络，与n个电容分别和n个继电器串联后再并联在一起形成一个可变的输出电容网络，将输出电感网络和输出电容网络串联后形成一个输出谐振腔调节单元，其中n为不小于2的自然数。

11、可选地，所述控制单元与所述输入谐振腔调节单元之间还连接有输入谐振腔隔离单元，所述控制单元通过控制所述输入谐振腔调节单元中的继电器的开关获取希望的输入谐振参数；以及，所述控制单元与所述输出谐振腔调节单元之间还连接有输出谐振腔隔离单元，所述控制单元通过控制所述输出谐振腔调节单元中的继电器的开关获取希望的输出谐振参数。

12、可选地，所述输入参数和输出参数包括电流和电压。

13、可选地，能量需要正向传输时，根据所述输入参数和输出参数，控制所述输入功率器件和输出功率器件的开关状态，控制输入谐振腔参数和输出谐振腔参数；包括：

14、获取输出参数中的电压ub、输入参数中的电压ua以及变压器的变比n求出需要的增益m；

15、根据增益m的值查表获取输入侧的谐振电感值lin；

16、通过控制输入谐振腔调节单元内部的继电器的切换实现谐振电感值lin；根据输出参数中的电流和电压，通过查表方式选择合适的谐振频率f0；

17、通过谐振频率f0、输出电压ub、输出电流i0和变压器匝比n计算出谐振电容cin；

18、控制单元通过控制输入谐振腔调节单元内部的继电器切换来实现谐振电容cin的控制。

19、可选地，所述增益m通过下式计算得到：

20、

21、可选地，所述谐振电容cin通过下式计算得到：

22、

23、其中，q为品质因数，π为圆周率。

24、当能量需要反向传输时，根据所述输入参数和输出参数，控制所述输入谐振腔和输出谐振腔内的继电器的开关状态，控制输入谐振腔参数和输出谐振腔参数；包括：

25、获取输出参数中的电压ub、输入参数中的电压ua以及变压器的变比n求出需要的增益m；

26、根据增益m的值查表获取输出侧的谐振电感值lin；

27、通过控制输出谐振腔调节单元内部的继电器的切换实现谐振电感值lin；根据输入参数中的电流和电压，通过查表方式选择合适的谐振频率f0；

28、通过谐振频率f0、输出电压ub、输出电流i0和变压器匝比n计算出谐振电容cin；

29、控制单元通过控制输出谐振腔调节单元内部的继电器切换来实现谐振电容cin值的控制。

30、相对于现有技术，本公开实施例一方面具备双向升降压的功能，另一方面能量正向传输和反向传输时均可以等效为llc，其单调性不受k值和q值的影响，且可以通过调节谐振参数实现整体效率的最优。无论是能量正向传输时还是反向传输时，均是标准的llc变换电路，可实现高效的升降压控制；可根据系统的不同工况，计算出最优的谐振参数，并通过控制谐振腔内的继电器开关来实现不同谐振参数调节，以满足系统效率最优的需求。