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专利号: 2022104038784
申请人: 华南农业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-11-04
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种适用于新能源汽车的宽电压范围双向DC‑DC变换器,其特征在于,包括电池侧电压源UL、第一电感L1、第二电感L2、第一漏感Lr、第一变压器的第一绕组L1k、第一变压器的第二绕组L2k、第一开关管Q1u、第二开关管Q2u、第三开关管Q1d、第四开关管Q2d、第一电容Cc、高压侧母线电压源UH、第五开关管S1u、第六开关管S2u、第七开关管S1d、第八开关管S2d、第二电容Cu、第三电容Cd、第二变压器的第一绕组L3k以及第二变压器的第二绕组L4k;

电池侧电压源UL的正极和第一电感以及第二电感的正极相连,电池侧电压源UL的负极和第三开关管Q1d的源极相连;

第一电感L1的负极和第一漏感Lr的同负极相连,第二电感L2的负极和第四开关管Q2d的漏极相连;

第一变压器的第一绕组L1k的同名端和第一漏感Lr的正极相连,第一变压器的第一绕组L1k的异名端和第一变压器的第二绕组L2k的同名端相连,第一变压器的第二绕组L2k的异名端和第二开关管Q2u的源极相连;

第三开关管Q1d的漏极和第一开关管Q1u的源极相连,第四开关管Q2d的源极和第三开关管Q1d的源极相连;

第一开关管Q1u的源极和第三开关管Q1d的漏极相连,第一开关管Q1u的漏极和第二开关管Q2u的漏极相连,第二开关管Q2u的源极和第四开关管Q2d的漏极相连;

第一电容Cc的正极和第二开关管Q2u的漏极相连,第一电容Cc的负极和第四开关管Q2d的源极相连;

高电压侧母线电压源UH的负极和第一电容Cc的负极相连,高电压侧母线电压源UH的正极和第六开关管S2u的漏极相连;

第五开关管S1u的漏极和第六开关管S2u的漏极相连,第五开关管S1u的源极和第七开关管S1d的漏极相连;

第六开关管S2u的源极和第八开关管S2d的漏极相连;

第七开关管S1d的源极和第八开关管S2d的源极相连;

第二电容Cu的正极和第六开关管S2u的漏极相连,第二电容Cu的负极和第三电容Cd的正极相连,第三电容Cd的负极和第一电容Cc的正极相连;

第二变压器的第一绕组L3k的异名端和第五开关管S1u的源极相连,第二变压器的第一绕组L3k的同名端和第二变压器的第二绕组L4k同名端相连,第二变压器的第二绕组L4k的异名端和第二电容Cu的负极相连。

2.根据权利要求1所述的一种适用于新能源汽车的宽电压范围双向DC‑DC变换器,其特征在于,第一开关管Q1u和第三开关管Q1d、第二开关管Q2u和第四开关管Q2d、第五开关管S1u和第七开关管S1d、第六开关管S2u和第八开关管S2d以固定的0.5占空比进行互补调制;

第一开关管Q1u的驱动信号比第二开关管Q2u的驱动信号滞后180°,同时,第六开关管S2u的驱动信号比第五开关管S1u的驱动信号滞后D,Q1u的驱动信号比S2u的驱动信号滞后其中,D为占空比, 为移相角。

3.根据权利要求1所述的一种适用于新能源汽车的宽电压范围双向DC‑DC变换器,其特征在于,宽电压范围双向DC‑DC变换器整个工作周期分为12个阶段,由于驱动信号对称,分析上半工作周期,即阶段t0‑t1、t1‑t2、t2‑t3、t3‑t4、t4‑t5以及t5‑t6。

4.根据权利要求3所述的一种适用于新能源汽车的宽电压范围双向DC‑DC变换器,其特征在于,阶段t0‑t1具体为:在t0之前,第七开关管S1d和第八开关管S2d开通,Cc的电压为Uc,Cu和Cd的电压为(UH‑Uc)/

2;

在t0时刻,第一开关管Q1u和第四开关管Q2dZVS开通,此时,uab=+UC,uef=‑(UH‑Uc)/2,ueg=0;

由于变压器的匝数比为N,vcd=‑(UH‑Uc)/2N,iL1开始线性减少,iL2开始线性增加,由于交错调制,在电池侧实现无纹波;

其中,vcd为第一变压器的两端电压,iL1为流过第一电感L1的电流,iL2为流过第二电感L2的电流。

5.根据权利要求3所述的一种适用于新能源汽车的宽电压范围双向DC‑DC变换器,其特征在于,阶段t1‑t2具体为:第八开关管S2d关闭,电流ig与if之和对第八开关管S2d的结电容充电并对第六开关管S2u的结电容放电,直到第六开关管S2u的漏源电压衰减为零;

第六开关管S2u的二极管将导通以满足下一级的软开关条件;第六开关管S2u的软开关条件表示为:ig(t1)+if(t1)<0

其中,ig为流过第二变压器的第一绕组L3k的电流,if为流过第二变压器的第二绕组L4k的电流。

6.根据权利要求3所述的一种适用于新能源汽车的宽电压范围双向DC‑DC变换器,其特征在于,阶段t2‑t3具体为:在t2时刻,第六开关管S2uZVS开通,uab=+Uc仍成立,uef=(UH‑Uc)/2,ueg=UH‑Uc,因此vcd=3(UH‑Uc)/2N;

当前的电流iLr表示为:

其中,iLr为流过第一漏感Lr的电流。

7.根据权利要求3所述的一种适用于新能源汽车的宽电压范围双向DC‑DC变换器,其特征在于,阶段t3‑t4具体为:第七开关管S1d关闭,电流ig对第七开关管S1d的结电容充电,并对第五开关管S1u的结电容放电,直到第五开关管S1u的漏源电压衰减为零;

第五开关管S1u的二极管将导通以满足下一级的软开关条件;第五开关管S1u的软开关条件表示为:ig(t3)>0。

8.根据权利要求3所述的一种适用于新能源汽车的宽电压范围双向DC‑DC变换器,其特征在于,阶段t4‑t5具体为:在t2时刻,第五开关管S1uZVS开通,uab=+Uc仍成立,uef=(UH‑Uc)/2仍成立,ueg=0,因此vcd=(UH‑Uc)/2N;

当前的电流iLr表示为:

9.根据权利要求3所述的一种适用于新能源汽车的宽电压范围双向DC‑DC变换器,其特征在于,阶段t5‑t6具体为:第一开关管Q1u和第四开关管Q2d关闭,电流iL1与iLr之和对第一开关管Q1u的结电容充电,并对第三开关管Q1d的结电容放电,直到第三开关管Q1d的漏源电压衰减为零;

电流iL2和iLr的差值对第四开关管Q2d的结电容充电,并对第二开关管Q2u的结电容放电,直到第二开关管Q2u的漏源电压衰减为零;

第三开关管Q1d和第二开关管Q2u的二极管将被导通以满足下一阶段的软开关条件;第三开关管Q1d和第二开关管Q2u的软开关条件表示为:其中,iLr为流过第一漏感Lr的电流,iL1为流过第一电感L1的电流,iL2为流过第二电感L2的电流。

10.根据权利要求1所述的一种适用于新能源汽车的宽电压范围双向DC‑DC变换器,其特征在于,采用Vol‑Second平衡控制法,零电压启动电流条件与两侧电压D、和N相关,且零电压启动电流条件表达式含有变量Uub;

Uub设置为零,则漏电感两端半周期的伏秒区域面积相等,推导出第六开关管S2u和第八开关管S2d的软开关条件,进一步推导出第五开关管S1u和第七开关管S1d的软开关条件;

占空比D与两侧电压的关系计算为:

其中,Gain是宽电压范围双向DC‑DC变换器的电压增益,等于UH/UL;

根据占空比D和移相角 宽电压范围双向DC‑DC变换器包括4种工况,具体为:工况一, 第五开关管S1u和第七开关管S1d的ZVS条件为:第六开关管S2u和第八开关管S2d的ZVS条件为:

工况二, 第五开关管S1u和第七开关管S1d的ZVS条件为:第六开关管S2u和第八开关管S2d的ZVS条件为:

工况三, 第五开关管S1u和第七开关管S1d的ZVS条件为:第六开关管S2u和第八开关管S2d的ZVS条件为:

工况四, 第五开关管S1u和第七开关管S1d的ZVS条件为:第六开关管S2u和第八开关管S2d的ZVS条件为: