本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，適用于高壓直流大功率場(chǎng)合，尤其涉及一種適用于新能源直流并網(wǎng)的復(fù)合式諧振全橋變換器。

背景技術(shù)：

由于化石能源的不斷消耗，環(huán)境污染，能源緊張等問題日益凸顯，也不斷推動(dòng)著可再生能源技術(shù)在過去的幾十年里快速發(fā)展。其中，太陽能和風(fēng)能是最受歡迎的可再生能源，人們對(duì)兩者的開發(fā)利用已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究。隨著光伏電廠與風(fēng)電場(chǎng)的不斷建成，電力的傳輸問題也受到重視。高壓直流傳輸被認(rèn)為是一種有希望解決電力傳輸問題的方案。同時(shí)，中壓電力采集系統(tǒng)因其可以減小電力采集過程中的電力損耗以及有利于接入直流電網(wǎng)，也受到廣泛關(guān)注。其中，中壓隔離型DC/DC變換器作為其中的關(guān)鍵性裝置，已經(jīng)有了大量的研究，并且在傳輸效率、系統(tǒng)可靠性等方面有了不少突破。LCC諧振變換器由于其實(shí)現(xiàn)了開關(guān)管與二極管的零電流關(guān)斷，受到了廣泛的關(guān)注。然而，仍然存在幾個(gè)主要的問題阻礙了諧振變換器功率水平的進(jìn)一步增長，如采用的變頻控制導(dǎo)致在寬輸出電壓范圍內(nèi)，開關(guān)頻率產(chǎn)生較大變化，使得開關(guān)管的損耗與變壓器的設(shè)計(jì)難度增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了解決使用傳統(tǒng)變換器導(dǎo)致系統(tǒng)功率損耗大的問題，本發(fā)明提供了一種新能源直流并網(wǎng)的復(fù)合式諧振全橋變換器。

本發(fā)明的另一目的是提供一種新能源直流并網(wǎng)的復(fù)合式諧振全橋變換器的控制方法。

技術(shù)方案：一種新能源直流并網(wǎng)的復(fù)合式諧振全橋變換器，包括輸入端、輸出端、第一全橋、第二全橋、第一變壓器、第二變壓器、倍壓整流電路、輸出濾波電容；所述第一全橋包括第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管、第四開關(guān)管、第一變壓器原邊及諧振電感；所述第二全橋包括第三開關(guān)管、第四開關(guān)管、第五開關(guān)管、第六開關(guān)管、兩個(gè)分別并聯(lián)在第五開關(guān)管和第六開關(guān)管上的開關(guān)管電容、第二變壓器原邊；所述輸入端經(jīng)第一全橋經(jīng)諧振電感與第一變壓器的原邊連接；所述輸入端經(jīng)第二全橋與第二變壓器的原邊連接；所述第一變壓器的副邊與第二變壓器的副邊經(jīng)倍壓整流電路、輸出濾波電容連接輸出端。

進(jìn)一步的，所述第一開關(guān)管的發(fā)射極連接第二開關(guān)管的集電極組成第一橋臂，第三開關(guān)管的發(fā)射極連接第四開關(guān)管的集電極組成第二橋臂，第五開關(guān)管的發(fā)射極連接第六開關(guān)管的集電極組成第三橋臂；輸入端的正極分別連接第一開關(guān)管、第三開關(guān)管和第五開關(guān)管的集電極，輸入端的負(fù)極分別連接第二開關(guān)管、第四開關(guān)管和第六開關(guān)管的發(fā)射極；所述第一變壓器原邊和諧振電感串聯(lián)后，一端連接第一開關(guān)管和第二開關(guān)管的中間節(jié)點(diǎn)，另一端連接第三開關(guān)管和第四開關(guān)管的中間節(jié)點(diǎn)，且第一變壓器原邊同名端靠近第一橋臂；所述第二變壓器原邊一端連接第三開關(guān)管和第四開關(guān)管的中間節(jié)點(diǎn)，另一端連接第五開關(guān)管和第六開關(guān)管的中間節(jié)點(diǎn)，且第二變壓器原邊同名端靠近第三橋臂。

進(jìn)一步的，所述倍壓整流電路包括第一二極管、第二二極管、第一諧振電容、第二諧振電容，所述第一二極管的正極連接第二二極管的負(fù)極，第二二極管的正極連接第二諧振電容的負(fù)極，第二諧振電容的正極連接第一諧振電容的負(fù)極，第一諧振電容的正極連接第一二極管的負(fù)極；所述第一變壓器副邊的異名端連接第二變壓器副邊的同名端，第二變壓器副邊的異名端連接第一諧振電容與第二諧振電容的中間節(jié)點(diǎn)，第一變壓器副邊的同名端連接第一二極管與第二二極管的中間節(jié)點(diǎn)；且串聯(lián)后的第一諧振電容與第二諧振電容兩側(cè)連接輸出濾波電容，輸出濾波電容兩端為輸出端。

一種使新能源直流并網(wǎng)的復(fù)合式諧振全橋變換器的控制方法，Q₁為第一開關(guān)管，Q₂為第二開關(guān)管，Q₃為第三開關(guān)管，Q₄為第四開關(guān)管，Q₅為第五開關(guān)管，Q₆為第六開關(guān)管；Q₁和Q₄驅(qū)動(dòng)波形完全一樣，Q₂和Q₃驅(qū)動(dòng)波形完全一樣，Q₁、Q₂、Q₃、Q₄的驅(qū)動(dòng)占空比恒為0.5，且Q₁驅(qū)動(dòng)與Q₂驅(qū)動(dòng)互補(bǔ)，Q₄驅(qū)動(dòng)與Q₃驅(qū)動(dòng)互補(bǔ)；Q₅的開通起點(diǎn)與Q₁的開通起點(diǎn)相同，Q₆的開通起點(diǎn)與Q₂的開通起點(diǎn)相同；Q₅和Q₆驅(qū)動(dòng)的占空比相等，通過閉環(huán)控制調(diào)節(jié)Q₅和Q₆的占空比。

設(shè)一個(gè)控制周期為T，時(shí)間t₀≤t≤t₆，控制方法如下：

(1)第一開關(guān)模態(tài)：t₀≤t＜t₁，t₀為一個(gè)控制周期的起點(diǎn)，t₀時(shí)刻流過所有開關(guān)管的電流均為0，開關(guān)管Q₂和Q₃關(guān)斷，開關(guān)管Q₁、Q₄和Q₅開通，Q₆處于關(guān)斷狀態(tài)保持不變，第一變壓器原邊電流流過開關(guān)管Q₁和Q₄，第二變壓器原邊電流流過開關(guān)管Q₄和Q₅，在此開關(guān)模態(tài)內(nèi)，第一變壓器原邊電流和第二原邊電流從零開始增大到最大值，然后開始減?。?/p>

(2)第二開關(guān)模態(tài)：t₁≤t＜t₂，t₁時(shí)刻，流過開關(guān)管Q₅的電流為第二變壓器的原邊電流，此時(shí)將Q₅關(guān)斷，其余5個(gè)開關(guān)管狀態(tài)保持不變，第二變壓器原邊電流通過開關(guān)管Q₄和Q₆的反向并聯(lián)二極管續(xù)流，在此開關(guān)模態(tài)內(nèi)，第一與第二變壓器原邊電流迅速減?。?/p>

(3)第三開關(guān)模態(tài)：t₂≤t＜t₃，t₂時(shí)刻，流過所有開關(guān)管的電流均下降為0，在此開關(guān)模態(tài)內(nèi)，6個(gè)開關(guān)管狀態(tài)保持不變，第一與第二變壓器原邊電流保持為零；

(4)第四開關(guān)模態(tài)：t₃≤t＜t₄，t₃時(shí)刻，即1/2控制周期時(shí)，開關(guān)管Q₁和Q₄關(guān)斷，開關(guān)管Q₂、Q₃和Q₆開通，第一變壓器原邊電流流過開關(guān)管Q₂和Q₃，第二變壓器原邊電流流過開關(guān)管Q₃和Q₆，Q₅處于關(guān)斷狀態(tài)保持不變，在此開關(guān)模態(tài)內(nèi)，流過第一與第二變壓器原邊的電流反向增大到最大值后開始減?。?/p>

(5)第五開關(guān)模態(tài)：t₄≤t＜t₅，t₄時(shí)刻，流過開關(guān)管Q₆的電流為第二變壓器的原邊電流，此時(shí)將Q₆關(guān)斷，其余5個(gè)開關(guān)管狀態(tài)保持不變，第二變壓器原邊電流通過開關(guān)管Q₃和Q₅的反向并聯(lián)二極管續(xù)流，在此開關(guān)模態(tài)內(nèi)，第一與第二變壓器原邊電流迅速反向下降；

(6)第六開關(guān)模態(tài)：t₅≤t＜t₆，t₅時(shí)刻，流過所有開關(guān)管的電流均下降為0，在此開關(guān)模態(tài)內(nèi)，第一與第二變壓器原邊電流保持為零，6個(gè)開關(guān)管狀態(tài)保持不變；

(7)t₆為一個(gè)控制周期終點(diǎn)，進(jìn)入下一個(gè)控制周期的起點(diǎn)，返回步驟(1)。

有益效果：相比較現(xiàn)有技術(shù)的LCC諧振變換器，本發(fā)明提供的一種新能源直流并網(wǎng)的復(fù)合式諧振全橋變換器，諧振電感放置在變換器的輸入側(cè)能有效減小電感量并且避免副邊高壓濾波電感的使用，有利于減小變換器的體積；變壓器設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單；變換器的開關(guān)損耗小、效率高、控制簡(jiǎn)單。

本發(fā)明提供的一種新能源直流并網(wǎng)的復(fù)合式諧振全橋變換器的控制方法，在實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)的采用的控制方法較為簡(jiǎn)單，6個(gè)開關(guān)管中的4個(gè)開關(guān)管是固定占空比無需控制，另外兩個(gè)采用PWM控制，大大提高了系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)保持了較低的開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的典型驅(qū)動(dòng)和電流波形；

圖2是主電路工作在第一開關(guān)模態(tài)的電流通路圖；

圖3是主電路工作在第二開關(guān)模態(tài)的電流通路圖；

圖4是主電路工作在第三開關(guān)模態(tài)的電流通路圖；

圖5是主電路工作在第四開關(guān)模態(tài)的電流通路圖；

圖6是主電路工作在第五開關(guān)模態(tài)的電流通路圖；

圖7是主電路工作在第六開關(guān)模態(tài)的電流通路圖；

圖8是本發(fā)明的基本拓?fù)洌?/p>

圖9與圖10是本發(fā)明的拓?fù)涞淖冃闻c延伸。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

實(shí)施例一：如圖8所示，該適用于新能源直流并網(wǎng)的復(fù)合式諧振全橋變換器包括輸入端、輸出端、第一全橋、第二全橋、第一變壓器T_r1、第二變壓器T_r2、倍壓整流電路、輸出濾波電容C_o；其中V_in為輸入電壓，V_o為輸出電壓。輸入側(cè)包括兩個(gè)全橋，第一全橋包括Q₁、Q₂、Q₃、Q₄四個(gè)開關(guān)管、第一變壓器T_r1原邊、諧振電感L_r，第二全橋包含Q₃、Q₄、Q₅、Q₆四個(gè)開關(guān)管、兩個(gè)開關(guān)管電容C₅和C₆、第二變壓器T_r2原邊；所述第一開關(guān)管Q₁的發(fā)射極連接第二開關(guān)管Q₂的集電極組成第一橋臂，第三開關(guān)管Q₃的發(fā)射極連接第四開關(guān)管Q₄的集電極組成第二橋臂，第五開關(guān)管Q₅的發(fā)射極連接第六開關(guān)管Q₆的集電極組成第三橋臂；所述輸入濾波電容的正極分別連接第一開關(guān)管Q₁、第三開關(guān)管Q₃和第五開關(guān)管Q₅的集電極，負(fù)極分別連接第二開關(guān)管Q₂、第四開關(guān)管Q₄和第六開關(guān)管Q₆的發(fā)射極，且輸入濾波電容兩側(cè)連接輸入電壓；所述第一變壓器T_r1原邊和諧振電感L_r串聯(lián)后，一端連接第一開關(guān)管Q₁和第二開關(guān)管Q₂的中間節(jié)點(diǎn)，一端連接第三開關(guān)管Q₃和第四開關(guān)管Q₄的中間節(jié)點(diǎn)，且第一變壓器Q₁原邊同名端靠近第一橋臂；所述第二變壓器T_r2原邊一端連接第三開關(guān)管Q₃和第四開關(guān)管Q₄的中間節(jié)點(diǎn)，一端連接第五開關(guān)管Q₅和第六開關(guān)管Q₆的中間節(jié)點(diǎn)，且第二變壓器T_r1原邊同名端靠近第三橋臂；

所述的復(fù)合式諧振全橋變換器輸出側(cè)包含第一變壓器T_r1的副邊至第二變壓器T_r2的副邊、第一二極管D₁至第二二極管D₂和第一諧振電容C_r1至第二諧振電容C_r2組成的倍壓整流電路以及一個(gè)輸出濾波電容C_o；所述第一二極管D₁的正極連接第二二極管D₂的負(fù)極，第二二極管D₂的正極連接第二諧振電容C_r2的負(fù)極，第二諧振電容C_r2的正極連接第一諧振電容C_r1的負(fù)極，第一諧振電容C_r1的正極連接第一二極管D₁的負(fù)極；所述第一變壓器T_r1副邊的異名端連接第二變壓器T_r2副邊的同名端，第二變壓器T_r2副邊的異名端連接第一諧振電容C_r1至第二諧振電容C_r2的中間節(jié)點(diǎn)，第一變壓器T_r1副邊的同名端連接第一二極管D₁至第二二極管D₂的中間節(jié)點(diǎn)；且串聯(lián)后的第一諧振電容C_r1至第二諧振電容C_r2兩側(cè)連接輸出濾波電容，輸出濾波電容兩端連接輸出端。

圖1是本實(shí)施例的典型驅(qū)動(dòng)和電流波形，具體適用于新能源直流并網(wǎng)的復(fù)合式諧振全橋變換器的控制方法的實(shí)現(xiàn)，Q₁和Q₄驅(qū)動(dòng)波形完全一樣，Q₂和Q₃驅(qū)動(dòng)波形完全一樣，Q₁、Q₂、Q₃、Q₄的驅(qū)動(dòng)占空比恒為0.5，且Q₁驅(qū)動(dòng)與Q₂驅(qū)動(dòng)互補(bǔ)，Q₄驅(qū)動(dòng)與Q₃驅(qū)動(dòng)互補(bǔ)；Q₅的開通起點(diǎn)與Q₁的開通起點(diǎn)相同，Q₆的開通起點(diǎn)與Q₂的開通起點(diǎn)相同；Q₅和Q₆驅(qū)動(dòng)的占空比相等，通過閉環(huán)控制調(diào)節(jié)Q₅和Q₆的占空比。

一個(gè)開關(guān)周期包括六個(gè)開關(guān)模態(tài)，根據(jù)不同開關(guān)模態(tài)分別對(duì)開關(guān)管進(jìn)行控制。設(shè)t為時(shí)間，一個(gè)周期為t₀≤t＜t₆，根據(jù)開關(guān)模態(tài)與第一、二變壓器原邊電流的不同，第一開關(guān)模態(tài)對(duì)應(yīng)t₀≤t＜t₁，第二開關(guān)模態(tài)對(duì)應(yīng)t₁≤t＜t₂，第三開關(guān)模態(tài)對(duì)應(yīng)t₂≤t＜t₃，第四開關(guān)模態(tài)對(duì)應(yīng)t₃≤t＜t₄，第五開關(guān)模態(tài)對(duì)應(yīng)t₄≤t＜t₅，第六開關(guān)模態(tài)對(duì)應(yīng)t₅≤t＜t₆。具體控制方法如下：

其中V_in為輸入電壓，V_o為輸出電壓，Q₁為第一開關(guān)管，Q₂為第二開關(guān)管，Q₃為第三開關(guān)管，Q₄為第四開關(guān)管，Q₅為第五開關(guān)管，Q₆為第六開關(guān)管；T_r1為原副邊匝比為1:N₁的第一變壓器，T_r2為原副邊匝比為1:N₂的第二變壓器，L_r為包含有第一變壓器原邊漏感的諧振電感，C₅和C₆為開關(guān)管電容；D₁為第一二極管，D₂為第二二極管，C_r1和C_r2分別為第一和第二諧振電容，C_o為輸出輸出濾波電容；i_p1為從第一變壓器原邊同名端流入的電流，i_p2為從第二變壓器原邊同名端流入的電流，i_D1為流經(jīng)第一二極管的電流，i_D2為流經(jīng)第二二極管的電流；所述六個(gè)工作模態(tài)如下，其中：t₀≤t＜t₆為一個(gè)完整的開關(guān)周期：t₀≤t＜t₃為前半周期，t₃≤t＜t₆后半周期：

如圖2所示，第一開關(guān)模態(tài)：t₀≤t＜t₁

t₀時(shí)刻是一個(gè)新開關(guān)周期的起點(diǎn)；在所述t₀時(shí)刻，開關(guān)管Q₂和Q₃關(guān)斷，開關(guān)管Q₁、Q₄和Q₅開通，Q₆處于關(guān)斷狀態(tài)保持不變；在t₀時(shí)刻之前，電流i_p1、i_p2、i_D1、i_D2均已為0，所以Q₂和Q₃實(shí)現(xiàn)了零電流關(guān)斷，開關(guān)管Q₁、Q₄和Q₅則為零電流開通；t₀≤t＜t₁時(shí)間區(qū)間內(nèi)，電感L_r與諧振電容C_r1、C_r2發(fā)生諧振，電流i_p1、i_p2、i_D1均按諧振規(guī)律變化，i_D2仍為0；輸入側(cè)電流分為兩路：第一路從V_in的正極出發(fā)，流經(jīng)Q₁、L_r、T_r1的原邊和Q₄，回到V_in的負(fù)極；第二路從V_in的正極出發(fā)，流經(jīng)Q₅、T_r2的原邊和Q₄，回到V_in的負(fù)極；輸出側(cè)電流按諧振規(guī)律變化，流經(jīng)C_r1、C_r2、兩個(gè)變壓器副邊和D₁，方向?yàn)樽儔浩鞲边呁肆鞒龅姆较颍?/p>

如圖3所示，第二開關(guān)模態(tài)：t₁≤t＜t₂

t₁時(shí)刻Q₅關(guān)斷，其余5個(gè)開關(guān)管狀態(tài)保持不變；t₁≤t＜t₂時(shí)間區(qū)間內(nèi)，i_p1、i_p2、i_D1均諧振下降，i_D2保持為0；輸入側(cè)第一路電流方向和電流通路與模態(tài)一中相同；第二路電流方向與模態(tài)一中相同，但由于Q₅的關(guān)斷，只在由Q₄、T_r2的原邊和Q₆的反并聯(lián)二極管組成的環(huán)路內(nèi)流動(dòng)；輸出側(cè)電流諧振下降，電流方向和電流通路與模態(tài)一中相同；

如圖4所示，第三開關(guān)模態(tài)：t₂≤t＜t₃

t₂時(shí)刻，6個(gè)開關(guān)管狀態(tài)保持不變，i_p1、i_p2、i_D1均下降為0，i_D2也仍為0；t₂≤t＜t₃時(shí)間區(qū)間內(nèi)，兩個(gè)變壓器和輸入側(cè)的6個(gè)開關(guān)管均無電流通過，輸出側(cè)也只由電容C_o向負(fù)載供電；

如圖5所示，第四開關(guān)模態(tài)：t₃≤t＜t₄

t₃時(shí)刻是前半個(gè)開關(guān)周期的結(jié)束點(diǎn)，也是后半個(gè)開關(guān)周期的起點(diǎn)；在t₃時(shí)刻，開關(guān)管Q₁和Q₄關(guān)斷，開關(guān)管Q₂、Q₃和Q₆開通，Q₅處于關(guān)斷狀態(tài)保持不變；在t₃時(shí)刻之前，電流i_p1、i_p2、i_D1、i_D2均已為0，所以Q₁和Q₄實(shí)現(xiàn)了零電流關(guān)斷，開關(guān)管Q₂、Q₃和Q₆則為零電流開通；t₃≤t＜t₄時(shí)間區(qū)間內(nèi)，i_p1、i_p2反向諧振變化，i_D2正向諧振變化，i_D1仍為0；輸入側(cè)電流也分為兩路：第一路從V_in的正極出發(fā)，流經(jīng)Q₃、T_r1的原邊、L_r和Q₂，回到V_in的負(fù)極；第二路從V_in的正極出發(fā)，流經(jīng)Q₃、T_r2的原邊和Q₆，回到V_in的負(fù)極；輸出側(cè)電流諧振變化，流經(jīng)D₂、兩個(gè)電壓器副邊、C_r1和C_r2，為變壓器副邊同名端流入的方向。

如圖6所示，第五開關(guān)模態(tài)：t₄≤t＜t₅

t₄時(shí)刻Q₆關(guān)斷，其余5個(gè)開關(guān)管狀態(tài)保持不變；t₄≤t＜t₅時(shí)間區(qū)間內(nèi)，i_p1、i_p2、i_D2均諧振下降，i_D1保持為0；輸入側(cè)第一路電流方向和電流通路與模態(tài)四中相同；第二路電流方向與模態(tài)四中相同，但由于Q₆的關(guān)斷，只在由Q₃、T₂的原邊和Q₅的反并聯(lián)二極管組成的環(huán)路內(nèi)流動(dòng)；輸出側(cè)電流諧振下降，電流方向和電流通路與模態(tài)四中相同；

如圖7所示，第六開關(guān)模態(tài)：t₅≤t＜t₆

t₅時(shí)刻，6個(gè)開關(guān)管狀態(tài)保持不變，i_p1、i_p2、i_D2均下降為0，i_D1也仍為0；t₅≤t＜t₆時(shí)間區(qū)間內(nèi)，兩個(gè)變壓器和輸入側(cè)的6個(gè)開關(guān)管均無電流通過，輸出側(cè)也只由電容C_o向負(fù)載供電，與模態(tài)三相同。

相對(duì)于傳統(tǒng)的LCC諧振變換器，本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)的采用的控制方法較為簡(jiǎn)單，6個(gè)開關(guān)管中的4個(gè)是固定占空比無需控制，另外兩個(gè)采用PWM控制，大大提高了系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)保持了較低開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗；另外，電感放置在變換器的輸入側(cè)也能有效減小電感量并且避免副邊高壓濾波電感的使用，有利于減小變換器的體積。

如圖9和圖10所示為實(shí)施例二和實(shí)施例三，將諧振電容串聯(lián)在第二變壓器原邊的同名端或異名端，輸出濾波電容為兩個(gè)串聯(lián)，其兩個(gè)輸出濾波電容的連接中間點(diǎn)連接第二變壓器副邊的異名端，其他元件連接方式同實(shí)施例一，也可以實(shí)現(xiàn)相同的效果。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，如圖9與圖10，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。