一种软开关双向变换器拓扑及控制方法与流程

本发明涉及电力电子变换器，尤其涉及一种软开关双向变换器拓扑及控制方法。

背景技术：

1、随着各个行业电能需求的持续扩大，电力电子变换器作为解决传输和转换的设备，被广泛应用于各类电能使用场景。对于不同直流电压间的电能转换需求，直流-直流变换器应用场景广泛，尤其是llc转换器较多用于各种场合，但现有的双向llc谐振变换器在正向工作和反向工作时，无法同时满足增益需求，工作频率范围宽，效率低，同时双向cllc谐振变换器在低压大电流的工作情况，低压侧谐振腔电流，设计困难，无法实现宽增益范围，在两级变换器串联的情况下，获取宽增益，效率低，成本高。

2、申请号为cn202111183887.9的专利，公开了一种开关变换器拓扑及控制方法，所述装置包含port1、port2两个端口，开关管s1～s4构成h桥，h桥的中点与电感l连接，s0与port1的正极以及h桥中点连接，装置对电力电子开关器件的开关状态进行组合，可以实现升压电路、降压电路、升降压电路。所述电力电子器件包含但不限于igbt、mosfet、gto、二极管、固态继电器，该变换器可以通过一个装置实现多种电压变换功能。但该开关变换器拓扑，结构简单，没有应用llc谐振变换器，无法同时满足增益需求；

3、因此，需要一种软开关双向变换器拓扑及控制方法。

技术实现思路

1、本发明提供了一种软开关双向变换器拓扑及控制方法，通过在标准llc谐振变换器拓扑结构上，对变压器增加绕组和开关，可满足双向变换的增益宽度需求，无需增加额外变换器，控制简单，节省成本，并可提高模块效率，提高功率密度，易于设计生产。

2、一种软开关双向变换器拓扑，包括：开关管、电容、电阻、dsp控制器、电源、谐振电感lr、开关k1和变压器t1；开关管包括开关管q3、开关管q4、开关管q5和开关管q6；变压器t1的绕组包括绕组n1、绕组n2、绕组n3和绕组n4；电容包括电容c1、电容c2、电容c3和谐振电容cr；电阻包括电阻r1和电阻r2；电源包括电源v1和电源v2；开关k1用于根据所处的闭合位置，调节变换器的增益；

3、在由电源v1到电源v2正向工作时，开关管q3、开关管q4用于通过变压器t1组成推挽变换器，开关管q5、开关管q6用于作为同步整流管，与电容c2和电容c3组成倍压整流电路；谐振电感lr、谐振电容cr和电阻r1用于组成lcr谐振电路；dsp控制器用于调整开关管q3和开关管q4的开关频率；

4、在由电源v2到电源v1反向工作时，开关管q5、开关管q6、谐振电感lr、谐振电容cr和变压器t1用于组成半桥llc谐振变换器，开关管q3、开关管q4用于作为同步整流管；dsp控制器用于调整开关管q5和开关管q6的开关频率。

5、进一步地，开关管q3的一端与绕组n1一端连接，开关管q4的一端与绕组n2一端连接，开关管q3的另一端和开关管q4的另一端连接，开关管q3的另一端与电源v1的负极连接，开关管q4的另一端与电源v1的负极连接。

6、进一步地，绕组n3的一端与闭合位置p1的另一端连接，绕组n3的另一端与闭合位置p2的另一端连接，绕组n4的另一端与开关k1连接，绕组n4的一端与第一中点连接，第一中点为开关管q5的一端和开关管q6的另一端的连接处。

7、进一步地，开关管q5的一端与开关管q6的另一端连接，开关管q5的另一端与电容c2的另一端连接，电容c2的一端与电容c3的另一端连接，电容c3的一端与开关管q6的一端连接，开关管q5的另一端与电源v2的正极连接，开关管q6的一端与电源v2的负极连接。

8、进一步地，闭合位置p2的另一端与谐振电感lr的另一端连接，谐振电感lr的一端与谐振电容cr的另一端连接，谐振电容cr的一端连接与第二中点连接，第二中点为电容c2的一端与电容c3的另一端的连接处；电阻r1的另一端与电容c2的另一端连接，电阻r1的一端与电容c3的一端连接。

9、进一步地，dsp控制器与开关管q3的一端、开关管q4的一端连接，或与开关管q5的一端、开关管q6的一端连接。

10、一种软开关双向变换器拓扑的控制方法，包括：在由电源v1到电源v2正向工作时，dsp控制器调整开关管q3和开关管q4的开关频率，在开关管q3和开关管q4开通时，变压器t1的绕组n1、绕组n2工作并耦合到绕组n4，在开关管q3和开关管q4关断时，绕组n1、绕组n2向绕组n3、绕组n4释放能量；

11、在由电源v2到电源v1反向工作时，dsp控制器调整开关管q5和开关管q6的开关频率，在开关管q5和开关管q6开通时，变压器t1的绕组n3、绕组n4工作并耦合到绕组n1、绕组n2，在开关管q5和开关管q6关断时，绕组n3、绕组n4向绕组n1、绕组n2释放能量。

12、进一步地，若开关频率的调节值超过预设的调节频率范围，则调整开关k1所处的闭合位置；在由电源v1到电源v2正向工作时，将开关k1置于闭合位置p1点时，增大变换器增益；将开关k1置于闭合位置p2点时，减小变换器增益；在由电源v2到电源v1反向工作时，将开关k1置于闭合位置p1点时，减小变换器增益；将开关k1置于闭合位置p2点时，增大变换器增益。

13、进一步地，还包括对变换器的增益进行精准调节，具体步骤为：

14、s101：获取开关频率的超过预设的调节频率范围的历史调节值，以及变换器增益调节的历史增益变化值；

15、s102：根据历史调节值和历史增益变化值，构建增益变化值估算模型，以及构建调整开关k1的时间的调整时刻数据库；

16、s103：获取开关频率的超过预设的调节频率范围的实施调节值，利用增益变化值估算模型，估算获得变换器增益调节的第一增益变化值；

17、s104：基于第一增益变化值，根据调整时刻数据库，获得调整开关k1的第一时间，在第一时间时对开关k1进行闭合位置的置入调节。

18、进一步地，还包括对开关k1进行自适应智能调节，具体步骤为：

19、s201：将dsp控制器和开关k1接入预设的信号控制电路；

20、s202：基于信号控制电路中的微处理器，获取dsp控制器控制开关管产生的实时开关频率，并获取实时开关频率超出调节频率范围的上限值或下限值的差值；

21、s203：设置若干个差值阈值，当差值达到差值阈值或差值为零时，生成控制命令，微处理器基于控制命令生成控制信号；

22、s204：根据控制信号，控制开关k1在初始位置、闭合位置p1和闭合位置p2进行置入调节。

23、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：通过在标准llc谐振变换器拓扑结构上，对变压器增加绕组和开关，可满足双向变换的增益宽度需求，无需增加额外变换器，控制简单，节省成本，并可提高模块效率，提高功率密度，易于设计生产。

24、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

25、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。