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一种双向直流功率变换器制造技术

技术编号:14398642 阅读:148 留言:0更新日期:2017-01-11 12:08
本发明专利技术公开了一种双向直流功率变换器,包括PWM调制电路、驱动电路、功率开关电路和反馈放大电路,功率开关电路包括第一NMOS管、第二NMOS管、第一二极管、第二二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电感、第二电感、第三电感、第一电容和电源,驱动电路的第一输出端和第二输出端输出的一对互补的驱动信号通过功率开关电路的第一输入端和第二输入端输入功率开关电路中,驱动第一NMOS管和第二NMOS管互补导通,此时第二电感作为消峰电感能够抵消第一NMOS管导通和闭合瞬间的浪涌电流作用,第三电感作为消峰电感能够抵消第二NMOS管导通和闭合瞬间的浪涌电流作用;优点是成本较低,有效抑制功率开关器件导通和关断瞬间所产生的浪涌电流。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种变换器,尤其是涉及一种双向直流功率变换器
技术介绍
双向直流功率变换器是一种能够实现电能双向流动的功率转换器件,它的输入电压和输出电压极性不变,输入电流和输出电流的方向可以改变,在功能上等效为两个单向直流变换器,是典型的“一机两用”系统,广泛用于新能源汽车、风力发电和UPS后备电源系统。现有的双向直流功率变换器主要由功率开关器件、驱动电路、滤波器、反馈电路和PWM调制电路构成。目前最常采用的功率开关器件包括功率场效应管(POWERMOSFET)、IGBT和GTR等,主要作用是进行高频率的开关动作使连续的输入电压变成离散化的脉冲信号;驱动电路包括图腾柱式、推挽式驱动放大电路等,主要作用是对功率开关器件控制极提供驱动信号,驱动功率开关器件导通或者关断;滤波器包括低通滤波器、输出谐振滤波;反馈电路主要对输出信号进行采集并反馈到PWM调制电路输入端;PWM调制电路主要通过反馈信号与参考输入信号的比较,形成PWM控制信号,送入驱动电路,以实现闭环控制。双向直流功率变换器按照输入和输出极隔离方式不同划分,可分为非隔离式双向直流功率变换器和隔离式双向直流功率变换器。非隔离式双向直流功率变换器按照各部分连接关系不同可分为双向Buck\\Boost变换器、双向Buck-Boost变换器、双向半桥变换器、双向Cuk变换器和双向SEPIC变换器等。以双向Buck\\Boost变换器为例,双向BUCK\\Boost电路包括两个功率开关器件,两个功率开关器件在处于Buck(降压)和Boost(升压)状态时分别导通,实现双向功率流动。非隔离式双向直流功率变换器优点是结构简单,容易控制,缺点是缺少输入输出间隔离,且功率开关器件开通和关断瞬间易产生较大的浪涌电流。隔离式双向直流变化器包括反激式双向DC\\DC变换器、正激式双向DC\\DC变换器、半桥式双向DC\\DC变换器、全桥式双向DC\\DC变换器。隔离式双向直流功率变换器与非隔离式双向直流功率变换器相比,除能够实现双向功率变换,还增加了变压器进行电气隔离,优点是输入输出极间工频干扰小,缺点是变压器造成的损耗增大,且开关瞬间的浪涌电流较大。由于双向直流功率变换器中的其他储能器件如电感和电容在理想状态下并不消耗能量,所以双向直流功率变换器的能量损耗主要来自于功率开关器件的开关损耗,通常占转换能量的5%-15%,由于功率开关器件极间寄生电容的影响,双向直流功率变换器在功率开关器件开关的瞬间会产生较大的浪涌电流,造成能量损耗增大,器件发热增多,更有可能直接将功率开关器件半导体沟道击穿,造成双向直流功率变换器永久损坏。综上所述,无论是隔离式双向直流功率变换器还是非隔离式双向直流功率变换器都存在开关浪涌电流大的问题,因此,在设计双向直流功率变换器时,如何对开关浪涌电流进行有效抑制成为了一个重要的问题。目前,国内学者提出了两种抑制浪涌电流的解决方案:第一种是选用寄生参数小、浪涌电流耐受能力强的功率开关器件,虽然该解决方案可以一定程度上抑制浪涌电流,但是功率开关器件寄生电容作用作为固有寄生参数,无法从根本上消除,抑制效果有限,而且,寄生参数越小,浪涌电流耐受能力越强的功率开关器件的价格通常比较昂贵,由此会导致双向直流功率变换器的成本大幅增加,因此在实际应用中并不可取。第二种是采用优化驱动电路的方式,尽可能缩短功率开关器件漏极和源极间半导体导电沟道夹断和导通过程的时间,以期对浪涌电流进行抑制,通常做法是在驱动电路中增加加速电路,该加速电路和功率开关器件的栅极连接,利用肖特基二极管和耗能电阻快速抽出功率开关器件栅极结电容中存储的电荷,以实现导电沟道的迅速关断和导通;该种解决方案从本质上是降低功率开关器件开关过程的上升时间和下降时间,能缩短浪涌电流的作用时间,对浪涌电流所造成的功率损耗进行间接抑制,但是该种解决方案中,功率开关器件在较短的开关过程中产生的浪涌电流会增大,对功率开关器件的冲击更加大,抑制效果比较差。鉴此,设计一种成本较低,浪涌电流抑制效果好的双向直流功率变换器具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种成本较低,浪涌电流抑制效果好的双向直流功率变换器。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种双向直流功率变换器,包括PWM调制电路、驱动电路、功率开关电路和反馈放大电路,所述的驱动电路具有输入端、第一输出端和第二输出端,所述的功率开关电路具有第一输入端、第二输入端和输出端,所述的PWM调制电路的输出端和所述的驱动电路的输入端连接,所述的驱动电路的第一输出端和所述的功率开关电路的第一输入端连接,所述的驱动电路的第二输出端和所述的功率开关电路的第二输入端连接,所述的功率开关电路的输出端和所述的反馈放大电路的输入端连接,所述的反馈放大电路的输出端和所述的PWM调制电路的输入端连接,所述的功率开关电路包括第一NMOS管、第二NMOS管、第一二极管、第二二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电感、第二电感、第三电感、第一电容和电源;所述的第一二极管的负极和所述的第一电阻的一端连接且其连接端为所述的功率开关电路的第一输入端,所述的第二二极管的负极和所述的第二电阻的一端连接且其连接端为所述的功率开关电路的第二输入端,所述的第一二极管的正极、所述的第一电阻的另一端和所述的第一NMOS管的栅极连接,所述的第一NMOS管的漏极和所述的第二电感的一端连接,所述的第二电感的另一端和所述的电源的正极连接,所述的第一NMOS管的源极、所述的第二NMOS管的漏极和所述的第一电感的一端连接,所述的第二NMOS管的栅极、所述的第二二极管的正极和所述的第二电阻的另一端连接,所述的第二NMOS管的源极和所述的第三电感的一端连接,所述的第三电感的另一端、所述的第一电容的一端、所述的第三电阻的一端和所述的电源的负极均接地,所述的第一电感的另一端、所述的第一电容的另一端和所述的第三电阻的另一端连接且其连接端为所述的功率开关电路的输出端。所述的反馈放大电路包括型号为LM741的第一芯片、第二电容、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第一滑动变阻器和第二滑动变阻器,所述的第一芯片的第1脚和所述的第二滑动变阻器的一端连接,所述的第二滑动变阻器的滑动端接入5V电压,所述的第二滑动变阻器的另一端和所述的第一芯片的第5脚连接,所述的第一芯片的第2脚、所述的第七电阻的一端、所述的第九电阻的一端和所述的第二电容的一端连接,所述的第七电阻的另一端、所述的第二电容的另一端和所述的第一滑动变阻器的滑动端连接,所述的第一滑动变阻器的一端为所述的反馈放大电路的输入端,所述的第一滑动变阻器的另一端接地;所述的第一芯片的第3脚、所述的第六电阻的一端和所述的第八电阻的一端连接,所述的第六电阻的另一端、所述的第四电阻的一端和所述的第五电阻的一端连接,所述的第四电阻的另一端接入12V电压,所述的第五电阻的另一端和所述的第八电阻的另一端均接地,所述的第一芯片的第4脚接入-5V电压,所述的第一芯片的第7脚接入5V电压,所述的第一芯片的第6脚和所述的第九电阻的另一端连接且其连接端为所述的反馈放大电路的输出端。该电路中,功率开关电路的输出电压通过反馈放大电路的输入端输入,再经过第七电阻、第九电本文档来自技高网
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一种双向直流功率变换器

【技术保护点】
一种双向直流功率变换器,包括PWM调制电路、驱动电路、功率开关电路和反馈放大电路,所述的驱动电路具有输入端、第一输出端和第二输出端,所述的功率开关电路具有第一输入端、第二输入端和输出端,所述的PWM调制电路的输出端和所述的驱动电路的输入端连接,所述的驱动电路的第一输出端和所述的功率开关电路的第一输入端连接,所述的驱动电路的第二输出端和所述的功率开关电路的第二输入端连接,所述的功率开关电路的输出端和所述的反馈放大电路的输入端连接,所述的反馈放大电路的输出端和所述的PWM调制电路的输入端连接,其特征在于所述的功率开关电路包括第一NMOS管、第二NMOS管、第一二极管、第二二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电感、第二电感、第三电感、第一电容和电源;所述的第一二极管的负极和所述的第一电阻的一端连接且其连接端为所述的功率开关电路的第一输入端,所述的第二二极管的负极和所述的第二电阻的一端连接且其连接端为所述的功率开关电路的第二输入端,所述的第一二极管的正极、所述的第一电阻的另一端和所述的第一NMOS管的栅极连接,所述的第一NMOS管的漏极和所述的第二电感的一端连接,所述的第二电感的另一端和所述的电源的正极连接,所述的第一NMOS管的源极、所述的第二NMOS管的漏极和所述的第一电感的一端连接,所述的第二NMOS管的栅极、所述的第二二极管的正极和所述的第二电阻的另一端连接,所述的第二NMOS管的源极和所述的第三电感的一端连接,所述的第三电感的另一端、所述的第一电容的一端、所述的第三电阻的一端和所述的电源的负极均接地,所述的第一电感的另一端、所述的第一电容的另一端和所述的第三电阻的另一端连接且其连接端为所述的功率开关电路的输出端。...

【技术特征摘要】
1.一种双向直流功率变换器,包括PWM调制电路、驱动电路、功率开关电路和反馈放大电路,所述的驱动电路具有输入端、第一输出端和第二输出端,所述的功率开关电路具有第一输入端、第二输入端和输出端,所述的PWM调制电路的输出端和所述的驱动电路的输入端连接,所述的驱动电路的第一输出端和所述的功率开关电路的第一输入端连接,所述的驱动电路的第二输出端和所述的功率开关电路的第二输入端连接,所述的功率开关电路的输出端和所述的反馈放大电路的输入端连接,所述的反馈放大电路的输出端和所述的PWM调制电路的输入端连接,其特征在于所述的功率开关电路包括第一NMOS管、第二NMOS管、第一二极管、第二二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电感、第二电感、第三电感、第一电容和电源;所述的第一二极管的负极和所述的第一电阻的一端连接且其连接端为所述的功率开关电路的第一输入端,所述的第二二极管的负极和所述的第二电阻的一端连接且其连接端为所述的功率开关电路的第二输入端,所述的第一二极管的正极、所述的第一电阻的另一端和所述的第一NMOS管的栅极连接,所述的第一NMOS管的漏极和所述的第二电感的一端连接,所述的第二电感的另一端和所述的电源的正极连接,所述的第一NMOS管的源极、所述的第二NMOS管的漏极和所述的第一电感的一端连接,所述的第二NMOS管的栅极、所述的第二二极管的正极和所述的第二电阻的另一端连接,所述的第二NMOS管的源极和所述的第三电感的一端连接,所述的第三电感的另一端、所述的第一电容的一端、所述的第三电阻的一端和所述的电源的负极均接地,所述的第一电感的另一端、所述的第一电容的另一端和所述的第三电阻的另一端连接且其连接端为所述的功率开关电路的输出端。2.根据权利要求1所述的一种双向直流功率变换器,其特征在于所述的反馈放大电路包括型号为LM741的第一芯片、第二电容、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第一滑动变阻器和第二滑动变阻器,所述的第一芯片的第1脚和所述的第二滑动变阻器的一端连接,所述的第二滑动变阻器的滑动端接入5V电压,所述的第二滑动变阻器的另一端和所述的第一芯片的第5脚连接,所述的第一芯片的第2脚、所述的第七电阻的一端、所述的第九电阻的一端和所述的第二电容的一端连接,所述的第七电阻的另一端、所述的第二电容的另一端和所述的第一滑动变阻器的滑动端连接,所述的第一滑动变阻器的一端为所述的反馈放大电路的输入端,所述的第一滑动变阻器的另一端接地;所述的第一芯片的第3脚、所述的第六电阻的一端和所述的第八电阻的一端连接,所述的第六电阻的另一端、所述的第四电阻的一端和所述的第五电阻的一端连接,所述的第四电阻的另一端接入12V电压,所述的第五电阻的另一端和所述的第八电阻的另一端均接地,所述的第一芯片的第4脚接入-5V电压,所述的第一芯片的第7脚接入5V电压,所述的第一芯片的第6脚和所述的第九电阻的另一端连接且其连接端为所述的反馈放大电路的输出端。3.根据权利要求1所述的一种双向直流功率变换器,其特征在于所述的PWM调制电路包括型号为NE555的第二芯片、型号为LM358的第三芯片、型号为LM311的第四芯片、第三二极管、第四二极管、第三电容、第四电容...

【专利技术属性】
技术研发人员:冯志敏王龙飞胡海刚张刚孙捷超胡敏刘小锋魏超蔡永胜程鹏
申请(专利权)人:宁波大学
类型:发明
国别省市:浙江;33

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