双向直流变换器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种双向直流变换器，包括第一斩波单元、第二斩波单元、变压器以及控制单元，所述第一斩波单元的第一侧连接到第一外接端子、第二侧经由第一电感连接到所述变压器的原边绕组；所述第二斩波单元的第一侧连接到所述变压器的副边绕组、第二侧连接到正母线和负母线；所述正母线和负母线之间具有第一电容，所述变压器的副边绕组的中间抽头和负母线之间具有串联连接的第二电感和第二电容，且所述第二电容的两端连接到第二外接端子；所述控制单元的输出端连接到所述第一斩波单元和第二斩波单元的控制端。本实用新型专利技术可使双向直流变换器在拥有较大的传输比变化范围时保证能量的高效率传输。

Bi-directional DC converter

The utility model provides a bidirectional DC converter, which comprises a first chopper unit, a second chopper unit, a transformer and a control unit. The first side of the first chopper unit is connected to the first external terminal and the second side is connected to the original side winding of the transformer by the first inductor; the second chopper unit is the first side. One side is connected to the auxiliary side winding of the transformer, the second side is connected to the normal busbar and the negative busbar; the positive busbar and the negative busbar have a first capacitance, and the intermediate tap and the negative busbar of the transformer have a second inductor and a second capacitor connected in series, and the two ends of the second capacitance are connected to the two ends of the transformer. The output end of the control unit is connected to the control end of the first chopper unit and the second chopper unit. The utility model can enable bidirectional DC converters to ensure efficient transmission of energy when large transmission ratio varies.

【技术实现步骤摘要】
双向直流变换器
本技术涉及直流变换器领域，更具体地说，涉及一种双向直流变换器。
技术介绍
随着电动汽车及自动化行业的不断发展，越来越多应用场合要求实现双向能量传输。双向能量传输可由两个单向的功率变换器来实现，但是这种方式不仅功率密度低而且可靠性低，因此双向功率变换器应运而生。相比于传统单向功率变换器，双向功率变换器虽然提高了功率密度，但是其效率等特性却会有所下降。基于此，实现高效率、高功率密度的双向功率变换器是当今电源行业所研究的重点之一。如图1所示，是现有的降压/升压(Buck/Boost)变换器的电路拓扑图，该降压/升压变换器在降压时采用降压(Buck)拓扑，即开关管Q2保持关断，由PWM(pluswidthmodulation，脉宽调制)波驱动的开关管Q1、电感L1、电容C2将电压V1降压为电压V2输出；在升压时采用升压(Boost)拓扑，即开关管Q1保持导通，由PWM波驱动的开关管Q2、电感L1、电容C2将电压V2升压为电压V1输出。该降压/升压变换器虽然可以实现双向的能量传输，但是这种变换器属于非隔离变换器，并且其单向只能实现升压或者降压中的一种，无法在单向上既实现降压又实现升压，应用场合较为局限。如图2所示，是现有两级双向变换器的电路拓扑图。两级双向变换器的其中一级为降压/升压(Buck/Boost)非隔离结构(包括电感L1、开关管Q1、Q2、电容C3)，另外一级为隔离结构(包括隔离变换器)。两级双向变换器的降压/升压通常由Buck/Boost非隔离结构级实现。但该双向变换器由于采用两级结构，因此其体积较大，不利于功率密度的提升。如图3所示，是现有双有源结构的两级双向变换器的电路拓扑图。该双向变换器的两端均为斩波电路(由开关管Q1～Q4组成的斩波电路和由开关管Q5～Q8组成的斩波电路)，并通过斩波电路将两个电容C1、C2上的直流源转换为交流源作用于电感L1上，从而形成能量传输。但该双向变换器在电压传输比变化范围较大的时候效率下降严重。如图4所示，是现有的双边双向谐振结构的双向变换器的电路拓扑图。该双向变换器的两端均为斩波电路(由开关管Q1～Q4组成的斩波电路和由开关管Q5～Q8组成的斩波电路)，且该双向变换器包括位于变压器T的两侧的谐振腔(由电感L1、L3、电容C3构成的谐振腔以及由电感L2、L4、电容C4构成的谐振腔)，其在正向和反向工作时都为典型的LLC串联谐振结构，可以实现全范围的软开关。但该双向变换器同样在电压传输比变化范围较大的时候效率下降严重。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题在于，针对上述双向变换器在电压传输比变化范围较大的时候效率下降严重的问题，提供一种双向直流变换器。本技术解决上述技术问题的技术方案是，提供一种双向直流变换器，包括第一斩波单元、第二斩波单元、变压器以及控制单元，所述第一斩波单元的第一侧连接到第一外接端子、第二侧经由第一电感连接到所述变压器的原边绕组；所述双向直流变换器还包括用于检测第一外接端子电压的电压检测单元，且所述电压检测单元的输出端连接到所述控制单元的输入端；所述第二斩波单元的第一侧连接到所述变压器的副边绕组、第二侧连接到正母线和负母线；所述正母线和负母线之间具有第一电容，所述变压器的副边绕组的中间抽头和负母线之间具有串联连接的第二电感和第二电容，且所述第二电容的两端连接到第二外接端子；所述控制单元的输出端连接到所述第一斩波单元和第二斩波单元的控制端。在本技术所述的双向直流变换器中，所述第二斩波单元包括第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，且所述第一开关管、第二开关管串联连接在正母线和负母线之间、所述第三开关管和第四开关管串联连接在正母线和负母线之间；所述第一开关管和所述第二开关管的连接点连接到所述变压器的副边绕组的首端、所述第三开关管和所述第四开关管的连接点连接到所述变压器的副边绕组的尾端。在本技术所述的双向直流变换器中，所述第一斩波单元采用单桥臂斩波电路或H桥臂斩波电路。在本技术所述的双向直流变换器中，所述第一斩波单元的第一侧具有滤波电容。本技术的双向直流变换器，通过调整脉冲宽度调制信号的占空比，调整双向直流变换器在反向能量传输时的电压增益，可使双向直流变换器在拥有较大的传输比变化范围时保证能量的高效率传输。附图说明图1是现有的降压/升压变换器的电路拓扑图；图2是现有两级双向变换器的电路拓扑图；图3是现有双有源结构的两级双向变换器的电路拓扑图；图4是现有的双边双向谐振结构的双向变换器的电路拓扑图；图5是本专利技术双向变换器实施例的示意图；图6是本专利技术双向变换器在启动阶段的发波方式及第二电感对应电流波形；图7是本专利技术双向变换器在第一外接端子输出电压达到预设值时的发波方式及第二电感对应电流波形。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。如图5所示，是本专利技术双向直流变换器实施例的示意图，该双向直流变换器可实现双向能量传输。本实施例中的双向直流变换器包括第一斩波单元51、第二斩波单元52、第一电感L1、第二电感L2、变压器Tx1、检测单元以及控制单元，其中检测单元连接到第一外接端子V1DC，以检测第一外接端子V1DC的电压；第一斩波单元51的第一侧连接到第一外接端子V1DC、第一斩波单元51的第二侧经由第一电感L1连接到变压器Tx1的原边绕组；第二斩波单元52采用H桥斩波电路，且第二斩波单元52的第一侧连接到变压器Tx1的副边绕组、第二斩波单元52的第二侧连接到正母线(+)和负母线(-)；上述正母线和负母线之间具有第一电容Cb，变压器Tx1的副边绕组的中间抽头和负母线之间具有串联连接的第二电感L2和第二电容C2DC，且第二电容C2DC的两端连接到第二外接端子V2DC。上述第一电容Cb用于在第二斩波单元52斩波过程中吸收能量，以使正母线电压达到一定的电压值；第二电容C2DC用于在能量由第二外接端子V2DC输入时，对第二外接端子V2DC输入的直流电进行滤波。上述控制单元连接到第一斩波单元51和第二斩波单元52的控制端，以实现斩波控制及整流控制。该控制单元具体可包括存储有控制指令的存储装置以及可执行控制指令的芯片，且上述控制指令用于在能量由第二外接端子V2DC流向第一外接端子V1DC时，根据检测单元实时测得的电压不断调整输出到第二斩波单元52的控制端的脉冲宽度调制信号的占空比，直到检测单元测得的电压达到预设值。上述第一斩波单元51可采用单桥臂斩波电路(即具有两个开关管)或H桥斩波电路(即具有四个开关管Qp1、Qp2、Qp3、Qp4)。上述第二斩波单元52包括第一开关管Qs1、第二开关管Qs2、第三开关管Qs3和第四开关管Qs4，该第一开关管Qs1、第二开关管Qs2、第三开关管Qs3和第四开关管Qs4具体可采用IGBT((InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)或MOSFET(MetallicOxideSemiconductorFieldEffectTransistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)等。上述第一开关本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双向直流变换器，包括第一斩波单元、第二斩波单元、变压器以及控制单元，所述第一斩波单元的第一侧连接到第一外接端子、第二侧经由第一电感连接到所述变压器的原边绕组；其特征在于：所述双向直流变换器还包括用于检测第一外接端子电压的电压检测单元，且所述电压检测单元的输出端连接到所述控制单元的输入端；所述第二斩波单元的第一侧连接到所述变压器的副边绕组、第二侧连接到正母线和负母线；所述正母线和负母线之间具有第一电容，所述变压器的副边绕组的中间抽头和负母线之间具有串联连接的第二电感和第二电容，且所述第二电容的两端连接到第二外接端子；所述控制单元的输出端连接到所述第一斩波单元和第二斩波单元的控制端。

【技术特征摘要】
1.一种双向直流变换器，包括第一斩波单元、第二斩波单元、变压器以及控制单元，所述第一斩波单元的第一侧连接到第一外接端子、第二侧经由第一电感连接到所述变压器的原边绕组；其特征在于：所述双向直流变换器还包括用于检测第一外接端子电压的电压检测单元，且所述电压检测单元的输出端连接到所述控制单元的输入端；所述第二斩波单元的第一侧连接到所述变压器的副边绕组、第二侧连接到正母线和负母线；所述正母线和负母线之间具有第一电容，所述变压器的副边绕组的中间抽头和负母线之间具有串联连接的第二电感和第二电容，且所述第二电容的两端连接到第二外接端子；所述控制单元的输出端连接到所述第一斩波单元和第二斩波单元的...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚云鹏，
申请(专利权)人：苏州汇川联合动力系统有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32