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申请/专利权人：国网山西省电力公司电力科学研究院;西安交通大学;国网山西省电力公司

摘要：本发明提供了一种宽调压范围的SCDAB‑CLLLC复合型直流变压器及其控制方法，主电路包括开关电容型双向全桥DCDC变换器和一个CLLLC型谐振变换器级联而成，级联方式为输入串联输出并联，这种方式降低了对高频变压器变比的要求，减小了输入侧功率器件的电压电流应力，具有较宽的调压范围。控制器以DSP为核心器件，具有过压过流保护，移相控制和调频控制的功能；移相控制应用于开关电容型双向全桥DCDC变换器，调频控制应用于CLLLC型谐振变换器。

主权项：1.一种宽调压范围的SCDAB-CLLLC复合型直流变压器，其特征在于，包括相连接的主电路和控制器；所述主电路输入侧连接中压直流母线或者低压直流母线，输出侧连接低压直流负载；所述控制器内接收主电路的输入电压、输出电压和输出电流，并输出连接主电路中相应的开关管；所述主电路包括级联连接的开关电容型双向全桥DCDC变压器和CLLLC型谐振变压器；开关电容型双向全桥DCDC变压器包括高频变压器T2、开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、开关管Q5、开关管Q6、开关管Q7、开关管Q8、开关管SC1和开关管SC2；开关管SC1和开关管SC2串联后并联在开关管Q1和开关管Q2的串联电路上，开关管Q1和开关管Q2串联后并联在开关管Q3和开关管Q4的串联电路上，开关管Q5和开关管Q6串联后并联在开关管Q7和开关管Q8的串联电路上，高频变压器T2的原边绕组一端A2端口接于开关管Q1和开关管Q2的串联电路上，另一端B2端口接于开关管Q3和开关管Q4的串联电路上；高频变压器T2的副边绕组的一端C2端口接于开关管Q5和开关管Q6的串联电路上；另一端D2端口接于开关管Q7和开关管Q8的串联电路上；CLLLC型谐振变换器包括高频变压器T1、谐振腔、开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4、开关管S5、开关管S6、开关管S7和开关管S8；开关管S1和开关管S2串联后并联在开关管S3和开关管S4的串联电路上，开关管S5和开关管S6串联后并联在开关管S7和开关管S8的串联电路上；高频变压器T1的原边绕组一端A1端口通过谐振腔接于开关管S1和开关管S2的串联电路上；另一端B1端口通过谐振腔接于开关管S3和开关管S4的串联电路上，高频变压器T1的副边绕组一端C1端口通过谐振腔接于开关管S5和开关管S6的串联电路上，另一端D1端口通过谐振腔接于开关管S7和开关管S8的串联电路上；所述控制器的包括数字信号处理器DSP、采样调理电路和电路保护；所述数字信号处理器DSP通过外部的采样调理电路来确定直流变压器的输入电压、输入电流、输出电压和输出电流；输入电压、输入电流和输出电压信号通过采样调理电路转换为模拟信号，模拟信号经过数字信号处理器DSP的引脚，通过ADC变换之后传递给数字信号处理器DSP内部，数字信号处理器DSP再通过数学反变换之后得到实际的电压电流数值；数字信号处理器DSP通过反变换得到主电路电压电流的实际数据之后，需要依据电压电流的参考值以及控制算法来得到相应的脉冲宽度调制PWM信号；当输入电压处于低压直流母线Vin时开关电容型双向全桥DCDC变换器被旁路，CLLLC型谐振变换器传输功率；其中，当直流变压器输入侧连接低压直流母线时，开关管SC2导通，开关电容型双向全桥DCDC变换器不参与主电路的功率传输，CLLLC谐振变换器参与直流功率的传输，变换器在一个工作周期内的工作原理为：当开关管S1和开关管S4导通，A1B1端口的电压为直流母线电压Vin，一次侧的电流先通过开关管S1和开关管S4的反并联二极管续流，当一次侧电流反向时，电流在开关管S1和开关管S4中继续流通并且不断增加；副边侧开关管S5和开关管S8的反并联二极管导通，将C1D1端口的电压箝位在Vo；当电感电流iL与励磁电流im相等时，变压器二次侧电流下降为零；开关管S5和开关管S8的反并联二极管因为电流为零而关断，实现了ZCS软开关，此时开关管S6和开关管S7的反并联二极管继续续流导通；当开关管S1和开关管S4关断，开关管S2和开关管S3开通，此时A1B1端口的电压为直流母线电压-Vin，一次侧的电流先通过开关管S2和开关管S3的反并联二极管续流，当一次侧电流反向时，电流在开关管S2和开关管S3中继续流通并且不断增加；副边侧开关管S6和开关管S7的反并联二极管导通，将C1D1端口的电压箝位在-Vo；当电感电流iL与励磁电流im再次相等时，变压器二次侧电流下降为零；开关管S6和开关管S7的反并联二极管因为电流为零而关断，实现了ZCS软开关，此时开关管S5和开关管S8的反并联二极管继续续流导通；当输入电压达到中压直流母线Vin时，开关电容型双向全桥DCDC变压器和CLLLC型谐振变换器共同进行功率传输；其中，当直流变压器输入侧连接中压直流母线时，开关管SC1导通，开关电容型双向全桥DCDC变换器与CLLLC型谐振变换器共同参与主电路的功率传输；控制器控制两个功率模块功率器件的开关频率以及直流侧的输入电压一致；变换器在一个工作周期内的工作原理为：当开关管S1和开关管S4导通，此时A1B1端口的电压为直流母线电压Vin；开关管Q1、开关管Q4、开关管Q6和开关管Q7开通，开关管Q2、开关管Q3、开关管Q5和开关管Q8关断；高频变压器T2原边侧漏感L上的电流为负，流过开关管Q1和开关管Q4的反并联二极管并且不断减小，副边侧电流流过开关管Q6和开关管Q7的反并联二极管；当漏感L上电流反向时，开关管Q1、开关管Q4、开关管Q6和开关管Q7的反并联二极管自然关断，实现了ZCS软开关；原边侧的电流经过开关管Q1和开关管Q4，副边侧电流经过开关管Q6和开关管Q7；当开关管S1和开关管S4导通，此时A1B1端口的电压为直流母线电压Vin；开关管Q1、开关管Q4、开关管Q5和开关管Q8开通，开关管Q2、开关管Q3、开关管Q6和开关管Q7关断；高频变压器T2原边侧漏感L上的电流为正，流过开关管Q1和开关管Q4；副边侧电流流过开关管Q5和开关管Q8的反并联二极管；当开关管S1和开关管S4关断，开关管S2和开关管S3开通，A1B1端口的电压为直流母线电压-Vin；开关管Q2、开关管Q3、开关管Q5和开关管Q8开通，开关管Q1、开关管Q4、开关管Q6和开关管Q7关断；高频变压器T2原边侧漏感L上的电流为正，流过开关管Q2和开关管Q3的反并联二极管并且不断减小，副边侧电流流过开关管Q5和开关管Q8的反并联二极管；当漏感L上电流反向时，开关管Q2、开关管Q3、开关管Q5和开关管Q8的反并联二极管自然关断，实现了ZCS软开关；原边侧的电流经过开关管Q2和开关管Q3，副边侧电流经过开关管Q5和开关管Q8；开关管S1和开关管S4关断，开关管S2和开关管S3开通，此时A1B1端口的电压为直流母线电压-Vin；开关管Q2、开关管Q3、开关管Q6和开关管Q7开通，开关管Q1、开关管Q4、开关管Q5和开关管Q8关断；高频变压器T2原边侧漏感L上的电流为负，流过开关管Q2和开关管Q3；副边侧电流流过开关管Q6和开关管Q7的反并联二极管。

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