双向谐振变换器及其控制方法、运行控制装置、存储介质与流程

本发明涉及电力电子，尤其涉及一种双向谐振变换器及其控制方法、运行控制装置、存储介质。

背景技术：

1、目前，谐振变换器因具有软开关高效率的优点，在新能源中的应用越来越广泛。在谐振变换器中，llc（谐振转换电路）谐振变换器凭借其拓扑结构简单、效率高、软开关性能优越等优点，成为了当前研究的热点。

2、然而，当传统的llc谐振变换器拓展至双向运用场合中，在双向工作模式下存在反向工作模式和正向工作模式，谐振变换器的适用电压范围较窄，影响谐振变换器在不同场景下的应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种双向谐振变换器及其控制方法、运行控制装置、存储介质，可以增加双向谐振变换器的输出电压范围，使得双向谐振变换器可以适用在较大电压等级应用场景中。

2、第一方面，本发明实施例提供一种双向谐振变换器，包括：

3、前级直流电源端；

4、后级直流电源端；

5、原边电路，包括第一半桥桥臂、第一耦合变压器以及相互连接的第一前级功率模块和第二前级功率模块，所述前级直流电源端与所述第一半桥桥臂连接，所述第一半桥桥臂的中点与所述第一耦合变压器的原边连接，所述第一前级功率模块和所述第二前级功率模块的中点与所述第一耦合变压器的副边连接；

6、副边电路，包括第二半桥桥臂、第二耦合变压器以及相互连接的第一后级功率模块和第二后级功率模块，所述后级直流电源端与所述第二半桥桥臂连接，所述第二半桥桥臂的中点与所述第二耦合变压器的原边连接，所述第一后级功率模块和所述第二后级功率模块的中点与所述第二耦合变压器的副边连接；

7、llc谐振腔模块，包括主变压器、谐振电感和谐振电容，所述原边电路分别与所述谐振电感和所述谐振电容连接，所述谐振电感和所述谐振电容还连接至所述主变压器的原边绕组，所述主变压器的副边绕组与所述副边电路连接。

8、根据本发明实施例提供的双向谐振变换器，至少具有如下有益效果：双向谐振变换器包括前级直流电源端、后级直流电源端、原边电路、副边电路和llc谐振腔模块，第一前级功率模块和第二前级功率模块，以及第一后级功率模块和第二后级功率模块均构建一种三电平中性点箝位桥臂，可以将功率模块中的功率开关管的最大耐压降至双向谐振变换器前级直流电源端和后级直流电源端电压的一半，使得双向谐振变换器可以适用在较大电压等级应用场景中，有效降低功率开关管的成本，在构建第一半桥桥臂和第二半桥桥臂的基础上，第一耦合变压器和第二耦合变压器将三电平中性点箝位桥臂中点电压级联半桥桥臂中点电压，可以在llc谐振腔模块两侧形成交流脉冲方波多电平电压，有助于减少输出电压中的谐波含量，同时可以增加双向谐振变换器的输出电压范围，适应更宽的输入电压和负载需求，另外，第一耦合变压器和第二耦合变压器的隔离作用使得三电平中性点箝位桥臂上的电流环路与半桥桥臂上的电流环路之间相互独立，有利于差异化的调制方式分别应用在三电平中性点箝位桥臂和半桥桥臂中，降低了功率开关管的驱动难度。

9、在上述双向谐振变换器中，所述第一前级功率模块包括第一前级功率开关管和第二前级功率开关管，所述第二前级功率模块包括第三前级功率开关管和第四前级功率开关管，所述第一半桥桥臂包括第五前级功率开关管和第六前级功率开关管，所述第一前级功率开关管的源极连接至所述第二前级功率开关管的漏极，所述第二前级功率开关管的源极连接至所述第三前级功率开关管的漏极和所述谐振电感的一端，所述第三前级功率开关管的源极连接至所述第四前级功率开关管的漏极，所述第五前级功率开关管的源极连接至所述第六前级功率开关管的漏极和所述第一耦合变压器的原边同名端，所述前级直流电源端的正极连接至所述第五前级功率开关管的漏极和所述第一前级功率开关管的漏极，所述前级直流电源端的负极连接至所述第六前级功率开关管的源极和所述第四前级功率开关管的源极，所述第一耦合变压器的副边异名端连接至所述谐振电容的一端。

10、在上述双向谐振变换器中，所述原边电路还包括第一正向分压电容、第二正向分压电容、第一正向箝位二极管、第二正向箝位二极管和第一飞跨电容，所述前级直流电源端的正极连接至所述第一正向分压电容的一端，所述第一正向分压电容的另一端连接至所述第二正向分压电容的一端，所述第二正向分压电容的另一端连接至所述前级直流电源端的负极，所述第一正向箝位二极管的阴极连接至所述第一前级功率开关管的源极，所述第一正向箝位二极管的阳极连接至所述第二正向箝位二极管的阴极、所述第一耦合变压器的副边同名端、所述第一耦合变压器的原边异名端、所述第一正向分压电容的另一端和所述第二正向分压电容的一端，所述第二正向箝位二极管的阳极连接至所述第三前级功率开关管的源极，所述第一飞跨电容的一端连接至所述第一前级功率开关管的源极，所述第一飞跨电容的另一端连接至所述第三前级功率开关管的源极。

11、在上述双向谐振变换器中，所述第一后级功率模块包括第一后级功率开关管和第二后级功率开关管，所述第二后级功率模块包括第三后级功率开关管和第四后级功率开关管，所述第二半桥桥臂包括第五后级功率开关管和第六后级功率开关管，所述第一后级功率开关管的源极连接至所述第二后级功率开关管的漏极，所述第二后级功率开关管的源极连接至所述第三后级功率开关管的漏极和所述主变压器的副边绕组同名端，所述第三后级功率开关管的源极连接至所述第四后级功率开关管的漏极，所述第五后级功率开关管的源极连接至所述第六后级功率开关管的漏极和所述第二耦合变压器的原边同名端，所述后级直流电源端的正极连接至所述第五后级功率开关管的漏极和所述第一后级功率开关管的漏极，所述后级直流电源端的负极连接至所述第六后级功率开关管的源极和所述第四后级功率开关管的源极，所述第二耦合变压器的副边异名端连接至所述主变压器的副边绕组异名端。

12、在上述双向谐振变换器中，所述副边电路还包括第一反向分压电容、第二反向分压电容、第一反向箝位二极管、第二反向箝位二极管和第二飞跨电容，所述后级直流电源端的正极连接至所述第一反向分压电容的一端，所述第一反向分压电容的另一端连接至所述第二反向分压电容的一端，所述第二反向分压电容的另一端连接至所述后级直流电源端的负极，所述第一反向箝位二极管的阴极连接至所述第一后级功率开关管的源极，所述第一反向箝位二极管的阳极连接至所述第二反向箝位二极管的阴极、所述第二耦合变压器的副边同名端、所述第二耦合变压器的原边异名端、所述第一反向分压电容的另一端和所述第二反向分压电容的一端，所述第二反向箝位二极管的阳极连接至所述第三后级功率开关管的源极，所述第二飞跨电容的一端连接至所述第一后级功率开关管的源极，所述第二飞跨电容的另一端连接至所述第三后级功率开关管的源极。

13、在上述双向谐振变换器中，还包括前级负载电阻和后级负载电阻，所述前级负载电阻的两端分别与所述前级直流电源端的正极和负极连接，所述后级负载电阻的两端分别与所述后级直流电源端的正极和负极连接。

14、第二方面，本发明实施例提供一种应用于如上第一方面实施例所述的双向谐振变换器的控制方法，所述双向谐振变换器包括第一前级功率开关管、第二前级功率开关管、第三前级功率开关管、第四前级功率开关管、第五前级功率开关管、第六前级功率开关管、第一后级功率开关管、第二后级功率开关管、第三后级功率开关管、第四后级功率开关管、第五后级功率开关管、第六后级功率开关管，所述控制方法包括：

15、获取前级开关控制信号，其中，所述前级开关控制信号用于控制所述第一前级功率开关管、所述第二前级功率开关管、所述第三前级功率开关管、所述第四前级功率开关管、所述第五前级功率开关管和所述第六前级功率开关管的通断状态；

16、获取后级开关控制信号，其中，所述后级开关控制信号用于控制所述第一后级功率开关管、所述第二后级功率开关管、所述第三后级功率开关管、所述第四后级功率开关管、所述第五后级功率开关管和所述第六后级功率开关管的通断状态；

17、根据所述双向谐振变换器的工作状态，确定对应的电压增益抬升模式，其中，所述工作状态包括正向工作状态和反向工作状态；

18、在所述电压增益抬升模式下，根据所述前级开关控制信号和后级开关控制信号的电平状态控制对应的功率开关管的通断状态，以调整所述双向谐振变换器的输出电压与所述llc谐振腔模块电压增益之间的比例关系。

19、根据本发明实施例提供的双向谐振变换器的控制方法，至少具有如下有益效果：通过获取前级开关控制信号和后级开关控制信号，根据双向谐振变换器的工作状态确定对应的电压增益抬升模式，在不同的电压增益抬升模式下，通过调整前级开关控制信号和后级开关控制信号的电平状态，控制对应的功率开关管的通断状态，从而可以调整输出电压与llc谐振腔模块电压增益之间的比例关系，有效拓宽双向谐振变换器在双向工作下的可调节电压增益范围。

20、在上述双向谐振变换器的控制方法中，当所述双向谐振变换器处于正向工作状态，第二前级开关信号的触发时间相对于第一前级开关信号和第五前级开关信号的触发时间超前第一预设移相角以及第三前级开关信号的触发时间相对于第四前级开关信号和第六前级开关信号的触发时间超前第一预设移相角，且所述第二后级功率开关管和所述第三后级功率开关管保持开通状态；

21、或者，当所述双向谐振变换器处于反向工作状态，第二后级开关信号的触发时间相对于第一后级开关信号和第五后级开关信号的触发时间超前第二预设移相角以及第三后级开关信号的触发时间相对于第四后级开关信号和第六后级开关信号的触发时间超前第二预设移相角，且所述第二前级功率开关管和所述第三前级功率开关管保持开通状态；

22、其中，所述前级开关控制信号包括多个对应前级功率开关管的前级开关信号，所述后级开关控制信号包括多个对应后级功率开关管的后级开关信号。

23、第三方面，本发明实施例提供一种运行控制装置，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上第二方面实施例所述的控制方法。

24、根据本发明实施例提供的运行控制装置，至少具有如下有益效果：通过获取前级开关控制信号和后级开关控制信号，根据双向谐振变换器的工作状态确定对应的电压增益抬升模式，在不同的电压增益抬升模式下，通过调整前级开关控制信号和后级开关控制信号的电平状态，控制对应的功率开关管的通断状态，从而可以调整输出电压与llc谐振腔模块电压增益之间的比例关系，有效拓宽双向谐振变换器在双向工作下的可调节电压增益范围。

25、第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如上第一方面实施例所述的控制方法。

26、根据本发明实施例提供的计算机可读存储介质，至少具有如下有益效果：通过获取前级开关控制信号和后级开关控制信号，根据双向谐振变换器的工作状态确定对应的电压增益抬升模式，在不同的电压增益抬升模式下，通过调整前级开关控制信号和后级开关控制信号的电平状态，控制对应的功率开关管的通断状态，从而可以调整输出电压与llc谐振腔模块电压增益之间的比例关系，有效拓宽双向谐振变换器在双向工作下的可调节电压增益范围。

27、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说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。