双向直流变换器电路拓扑结构制造技术

本发明专利技术涉及一种双向直流变换器电路拓扑结构，所述电路拓扑结构包括高压侧电路、低压侧电路以及连接于高压侧电路和低压侧电路之间的高频变压器；包括六个开关管、两个母线电容、一个大功率电感、一个高频变压器、两个均压电阻和两个箝位二极管，对应两侧有直流电源。本发明专利技术减少了可控开关管的使用数量，降低了对高频变压器高压侧的绝缘要求，有效的降低了成本；同时减小了回流功率，提高了整体效率，可广泛应用于直流转换变比高的场合。

【技术实现步骤摘要】
双向直流变换器电路拓扑结构
本专利技术涉及电力电子
，尤其涉及一种双向直流变换器电路拓扑结构。
技术介绍
近年来，太阳能、风能等新能源大量接入电力系统，但由于新能源发电出力的不稳定性，在接入电网后易使电网产生波动，干扰电网正常运行。而在系统中接入储能系统，通过控制储能系统的充放电，可有效利用新能源发电，改善供电质量，于是提出了双向全桥DC-DC拓扑结构。在已经提出的双全桥拓扑中，通过控制两个全桥输出电压之间的相角差，实现能量的双向流动。但是，由于双向全桥DC-DC拓扑结构本身的原因，不可避免的会出现功率回流的问题，因而在单移相的基础上提出了双移向，三移向等控制方式来减小功率回流。同时整体结构使用8个全控型开关器件，成本偏高。因此，需要提出一种适用于高电压大变比的双向直流变换器拓扑结构。
技术实现思路
(一)专利技术目的针对于目前一侧高电压，另一侧大电流的应用场合，在双全桥的结构中，高压侧单个开关管将承受较大的电压应力，同时由于双全桥的高压侧输出电压较高，对高频变压器的绝缘要求较高的问题。本专利技术提供一种双向直流变换器拓扑结构，该结构可以对应用于一侧高电压，另一侧大电流的场合，同时可以降低成本。(二)技术方案为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：一方面提供了一种双向直流变换器电路拓扑结构，所述电路拓扑结构包括高压侧电路、低压侧电路以及连接于高压侧电路和低压侧电路之间高频变压器T1；所述高压侧电路包括，依次同向串联后接于高压侧电源E1两端的第一～第四开关管，依次同向串联后接于高压侧电源E1两端的第一母线电容C1和第二母线电容C2，依次串联后接于高压侧电源E1两端的第一均压电阻R1和第二均压电阻R2，以及依次同向串联的第一箝位二极管D7和第二箝位二极管D8；所述第一母线电容C1的正极接高压侧电源E1的正极，所述第二母线电容C2的负极接高压侧电源E1的负极；所述第一箝位二极管D7的阴极接第一开关管S1和第二开关管S2之间，所述第二箝位二极管D8的阳极接第三开关管S3和第四开关管S4之间；所述第一开关管S1的正极集电极接高压侧电源E1的正极，第四开关管S4的发射极接高压侧电源E1的负极，所述第二开关管S2和第三开关管S3之间接输出端子；所述低压侧电路包括，第五开关管S5、第六开关管S6以及低压侧电源E2；所述高频变压器T1包括与高压侧电路连接的高压绕组，与低压侧电路连接的上绕组和下绕组；所述上绕组的一端通过第五开关管S5接于低压侧电源E2的正极，另外一端与下绕组的一端连接后接于低压侧电源E2的负极，所述下绕组的另外一端通过第六开关管S6接于低压侧电源E2的正极；所述第五开关管S5的集电极接低压侧电源E2的正极和第六开关管S6的集电极；所述高压绕组一端连接所述输出端子，另外一端分别接于第一均压电阻R1和第二均压电阻R2之间，第一母线电容C1和第二母线电容C2之间，第一箝位二极管D7和第二箝位二极管D8之间。可选地，所述高压绕组一端通过功率电感L1连接所述输出端子。优选地，所述第一母线电容C1和第二母线电容C2的电容大小相等。优选地，所述第一均压电阻R1和第二均压电阻R2阻值相等。可选地，所述的第一箝位二极管D7和第二箝位二极管D8，为快恢复二极管或肖特基二极管。可选地，所述开关管为全控型开关器件，包括场效应晶体管或绝缘栅双极型晶体管。可选地，所述第一至第六开关管均反向并联一个二极管，即所述开关管S1的集电极连所述二极管的阴极，所述开关管S1的发射极连所述二极管的阳极。另一方面，本专利技术提供一种双向直流变换器，包括如上所述双向直流变换器电路拓扑结构，根据驱动信号控制所述双向直流变换器中的至少一个开关管的导通，以输出所述直流变换器所需的电压。可选地，在同一时刻，在高压侧电路，所述驱动信号控制第一至第四开关管中的任意两个开关管导通，在低压侧电路，所述驱动信号控制第五开关管和第六开关管中的任意一个开关管导通。(三)有益效果本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术提出的一种双向直流变换器拓扑结构，低压侧电路仅使用两个全控型开关管，相对于全桥结构，减少了全控型器件的使用数量，降低了成本。2.本专利技术高压侧电路使用单相三电平电路，减小了单个开关管的电压应力，同时高压侧输出最大电压为高压母线电压的一半，可有效降低对高频变压器的绝缘的要求，降低了高频变压器制作难度。3.双重移向控制方法的使用，可有效降低回流功率，提升整机效率。附图说明图1为本专利技术一种双向直流变换器电路拓扑结构示意图；图2为传统双全桥结构示意图；图3为本专利技术一种双向直流变换器开关信号以及输出波形图；图4为本专利技术一种双向直流变换器仿真开关信号时序图；图5为本专利技术一种双向直流变换器仿真输出波形图。具体实施方式为了更好的解释本专利技术，以便于理解，下面通过具体实施方式，对本专利技术作详细描述。实施例一如图1所示，本实施例一种双向直流变换器电路拓扑结构，包括六个开关管、两个母线电容、一个大功率电感、一个高频变压器、两个均压电阻和两个箝位二极管，对应高频变压器两侧的直流电源。具体地，所述电路拓扑结构包括：高压侧电路、低压侧电路以及连接于高压侧和低压侧电路之间高频变压器T1。高压侧电路为三电平半桥结构，所述低压侧电路为推挽结构；所述高频变压器T1包括原边与副边，所述原边为靠近高压侧电路的一边，所述副边为靠近低压侧电路的一边。所述高压侧电路三电平半桥结构包括：依次同向串联后接于高压侧电源E1两端的第一～第四开关管，依次同向串联后接于高压侧电源E1两端的第一母线电容C1和第二母线电容C2，依次同向串联后接于高压侧电源E1两端的第一均压电阻R1和第二均压电阻R2，以及依次同向串联的第一箝位二极管D7和第二箝位二极管D8。其中，第一母线电容C1和第二母线电容C2的电压均为高压侧电源E1的一半优选地，第一母线电容C1和第二母线电容C2的电容大小相等。第一均压电阻R1和第二均压电阻R2用于保证第一母线电容和第二母线电容电压平衡。为保证均压效果，第一均压电阻R1和第二均压电阻R2的阻值相等。所述第一母线电容C1的正极接高压侧电源E1的正极，第一母线电容C1的负极接第二母线电容C2的正极，所述第二母线电容C2的负极接高压侧电源E1的负极。所述第一箝位二极管D7的阴极分别接第一开关管S1的发射极和第二开关管S2的集电极，第一箝位二极管D7的阳极接第二箝位二极管D8的阴极，所述第二箝位二极管D8的阳极接分别第三开关管S3发射极和第四开关管S4的集电极。所述第一开关管S1的集电极接高压侧电源E1的正极，第一开关管S1的发射极接第二开关管S2的集电极，第三开关管S3的集电极接第二开关管S2的发射极，第三开关管S3的发射极接第四开关管S4的集电极，第四开关管S4的发射极接高压侧电源E1的负极。所述第二开关管S2的发射极和第三开关管S3的集电极之间接输出端子。所述高频变压器T1的原边为高压绕组。所述高频变压器T1的副边为双绕组，包括上绕组和下绕组。其中，与高压侧电路连接的高压绕组，与低压侧电路连接的上绕组和下绕组的上侧端子为同名端。所述高压绕组一端连接所述输出端子，另外一端分别接于第一均压电阻R1和第二均压电阻R2之间，第一母线电容C1的负极和第二母线电容C2的正极之间，第一箝位二极管D7的阳极和第二箝位二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双向直流变换器电路拓扑结构，其特征在于，所述电路拓扑结构包括高压侧电路、低压侧电路以及连接于高压侧电路和低压侧电路之间高频变压器(T1)；所述高压侧电路包括，依次同向串联后接于高压侧电源(E1)两端的第一～第四开关管，依次同向串联后接于高压侧电源(E1)两端的第一母线电容(C1)和第二母线电容(C2)，依次串联后接于高压侧电源(E1)两端的第一均压电阻(R1)和第二均压电阻(R2)，以及依次同向串联的第一箝位二极管(D7)和第二箝位二极管(D8)；所述第一母线电容(C1)的正极接高压侧电源(E1)的正极，所述第二母线电容(C2)的负极接高压侧电源(E1)的负极；所述第一箝位二极管(D7)的阴极接第一开关管(S1)和第二开关管(S2)之间，所述第二箝位二极管(D8)的阳极接第三开关管(S3)和第四开关管(S4)之间；所述第一开关管(S1)的集电极接高压侧电源(E1)的正极，第四开关管(S4)的发射极接高压侧电源(E1)的负极，所述第二开关管(S2)和第三开关管(S3)之间接输出端子；所述低压侧电路包括，第五开关管(S5)、第六开关管(S6)以及低压侧电源(E2)；所述高频变压器(T1)包括与高压侧电路连接的高压绕组，与低压侧电路连接的上绕组和下绕组；所述上绕组的一端通过第五开关管(S5)接于低压侧电源(E2)的正极，另外一端与下绕组的一端连接后接于低压侧电源(E2)的负极，所述下绕组的另外一端通过第六开关管(S6)接于低压侧电源(E2)的正极；所述第五开关管(S5)的集电极接低压侧电源(E2)的正极和第六开关管(S6)的集电极；所述高压绕组一端连接所述输出端子，另外一端分别接于第一均压电阻(R1)和第二均压电阻(R2)之间，第一母线电容(C1)和第二母线电容(C2)之间，第一箝位二极管(D7)和第二箝位二极管(D8)之间。...

【技术特征摘要】
1.一种双向直流变换器电路拓扑结构，其特征在于，所述电路拓扑结构包括高压侧电路、低压侧电路以及连接于高压侧电路和低压侧电路之间高频变压器(T1)；所述高压侧电路包括，依次同向串联后接于高压侧电源(E1)两端的第一～第四开关管，依次同向串联后接于高压侧电源(E1)两端的第一母线电容(C1)和第二母线电容(C2)，依次串联后接于高压侧电源(E1)两端的第一均压电阻(R1)和第二均压电阻(R2)，以及依次同向串联的第一箝位二极管(D7)和第二箝位二极管(D8)；所述第一母线电容(C1)的正极接高压侧电源(E1)的正极，所述第二母线电容(C2)的负极接高压侧电源(E1)的负极；所述第一箝位二极管(D7)的阴极接第一开关管(S1)和第二开关管(S2)之间，所述第二箝位二极管(D8)的阳极接第三开关管(S3)和第四开关管(S4)之间；所述第一开关管(S1)的集电极接高压侧电源(E1)的正极，第四开关管(S4)的发射极接高压侧电源(E1)的负极，所述第二开关管(S2)和第三开关管(S3)之间接输出端子；所述低压侧电路包括，第五开关管(S5)、第六开关管(S6)以及低压侧电源(E2)；所述高频变压器(T1)包括与高压侧电路连接的高压绕组，与低压侧电路连接的上绕组和下绕组；所述上绕组的一端通过第五开关管(S5)接于低压侧电源(E2)的正极，另外一端与下绕组的一端连接后接于低压侧电源(E2)的负极，所述下绕组的另外一端通过第六开关管(S6)接于低压侧电源(E2)的正极；所述第五开关管(S5)的集电极接低压侧电源(E2)的正极和第六开关管...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋崇辉，韩涛，刁乃哲，孙先瑞，杨明，王堃，徐涛，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21