双向DC‑DC变换器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种双向DC‑DC变换器，包括采样电路、直流稳压电源、双向DC‑DC变换电路、锂电池组、驱动电路、单片机、直流放电输出和显示与按键；单片机根据采样电路采集到的双向DC‑DC变换电路的电压电流信息，通过驱动电路控制双向DC‑DC变换电路自动切换工作模式；工作于充电模式时，直流稳压电源通过双向DC‑DC变换电路给锂电池组充电；工作于放电模式时，锂电池组通过双向DC‑DC变换电路直流放电输出；电路工作情况通过单片机控制显示。本实用新型专利技术可对充电电流及输出电压进行精密调控，从而对锂电池组实现高效、智能的充放电，且装置轻便易携。

【技术实现步骤摘要】
双向DC-DC变换器
本技术属于电力电子领域，尤其涉及一种双向DC-DC变换器。
技术介绍
近几年来，由于能源危机和环境污染，世界各地均在投入巨资发展燃料电池汽车，双向DC/DC变换去作为燃料电池汽车的重要部件，需要随着行驶状态的改变，频繁地切换其工作状态，其动态性能好坏，直接决定汽车动力系统的响应速度。在燃料电池发电前，通过双向DC/DC变换器升高电压，提供较高的总线电压的能量，保持电源输出功率的稳定。所谓DC/DC变换器就是DC/DC变换器的双象限运行，它的输入输出端口调换仍可完成电压变换功能，功率不仅可以从输入端流向输出端，也能从输出端流向输入端，从各种基本的变换器拓扑来看，用双向开关代替单向开关，实现能量的双向流动。双向DC/DC变换器是将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压，它实现了双向传输，在功能上相当于两个单向DC/DC变换器，是典型的“一机两用”设备，在需要双向能量流动的应用场合可以大幅度减轻系统的体积重量及成本，有重要的研究价值。但目前的双向DC/DC变换器还存在一些不足，比如汽车启动、加速时电池所提供的瞬时功率不足的缺陷。技术
技术实现思路
专利技术目的：针对以上问题，本技术提出一种双向DC-DC变换器。技术方案：为实现上述设计目的，本技术所采用的技术方案是：一种双向DC-DC变换器，包括采样电路、直流稳压电源、双向DC-DC变换电路、锂电池组、驱动电路、单片机、直流放电输出和显示与按键；单片机根据采样电路采集到的双向DC-DC变换电路的电压电流信息，通过驱动电路控制双向DC-DC变换电路自动切换工作模式；工作于充电模式时，直流稳压电源通过双向DC-DC变换电路给锂电池组充电；工作于放电模式时，锂电池组通过双向DC-DC变换电路直流放电输出；电路工作情况通过单片机控制显不。直流稳压电源包括电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路；电源变压器进行降压；整流电路为三相全波整流电路；滤波电路为滤波电容，稳压电路由稳压二极管和限流电阻组成。驱动电路包括光耦电路、整形电路和半桥驱动电路；光耦电路为光耦隔离芯片；整形电路为反相器；半桥驱动电路为半桥驱动芯片。显示与按键包括按键、液晶显示和红绿指示灯；按键用于设定充电模式下的充电电流和放电模式下的输出电压；液晶显示用于显示工作模式、电压、电流和充放电效率；红绿指示灯用于指示充电进展。有益效果：本技术可对充电电流及输出电压进行精密调控，从而对锂电池组实现高效、智能的充放电。装置轻便易携，可作为一种应急装置，在该装置基础上外加继电切换电路接于实验室电网，当实验室断电时，自动切换至该装置为实验室提供电能，实现实验室不断电，同时，该装置也可为一些低功率的一级负荷作后备电源，应用前景广阔。附图说明图1是双向DC-DC变换器的示意图；图2是直流稳压电源的示意图；图3是直流稳压电源的电路图；图4是双向DC-DC变换电路图；图5是采样电路图；图6是驱动电路图；图7是双向DC-DC变换器总电路图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术的技术方案作进一步的说明。如图1所示是本技术所述的双向DC-DC变换器的示意图，包括采样电路1、直流稳压电源2、双向DC-DC变换电路3、锂电池组4、驱动电路5、单片机、直流放电输出6和显示与按键。采用锂离子电池作为储能装置，锂离子电池具有寿命长，安全性高，成本低，控制简单。为了实现对锂电池组的充电，需要稳定的直流稳压电源作为双向DC-DC变换电路的正向输入，如图2所示直流稳压电源2示意图，包括电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路，可实现将50Hz、有效值为220V的三相交流电压转换为幅值30V、电流可调的稳定直流电压。如图3所示是直流稳压电源2具体的电路图，整流电路为三相全波整流电路，滤波电路为滤波电容C1，稳压电路由稳压二极管D1和限流电阻R1组成。由于双向DC-DC变换电路所需直流电压的数值和电网电压的有效值相差较大，所以需要电源变压器进行降压，变压器变比为220：36。变压器副边电压通过三相整流电路将交流电压转换为直流电压，将正弦波电压转换为单一方向的脉动电压，本专利技术采用的三相整流电路为三相全波整流电路。三相整流电路输出的直流电压仍含有较大的交流分量，为减小电压脉动，需要通过滤波电路对直流电压进行滤波，使输出的直流电压更为平滑。理想情况下滤波电路的输出电压为不含有交流分量的直流电压，但由于滤波电路为无源滤波电路，所以接入负载后必然影响滤波效果。滤波电容C1采用常规电解电容。滤波电路虽然输出了交流分量较小的直流电压，但当电网电压波动或者负载变化时，其平均值也会产生变化，所以需要设有稳压电路使得输出直流电压基本不受电网电压波动或负载变化的影响，使输出的直流电压具有较高的稳定性。稳压电路由稳压二极管D1和限流电阻R1组成，稳压二极管采用IN4751二极管，使U2稳定在30V。该稳压电路利用稳压管所起的电流调节作用，通过限流电阻R1上电压和电流的变化进行补偿，达到稳压目的。限流电阻R1即限制稳压管中的电流使其正常工作，又与稳压管相配合以达到稳压的目的。如图4所示是双向DC-DC变换电路的原理图，本双向DC-DC变换器分为充电和放电两种模式，具有自动识别切换工作模式的功能，内部设有单片机作为整个系统反馈回路的核心，单片机根据电压、电流采样电路采集到的主回路上的电压电流信息，通过驱动电路自动切换工作模式。具体过程为：当装置启动后，装置内部开关S1初始默认断开，锂电池对单片机、采样电路以及驱动电路供电，对电压US进行采样，当US不为0时，装置进入充电工作模式，当US为0时，装置进入放电工作模式，根据识别的工作模式控制驱动电路输出的PWM波，实现工作模式切换，随后闭合开关S1。当变换器工作在充电模式时，第二开关管Q2关断，双向DC-DC变换电路等效为BUCK降压电路，此时U2作为输入电压，U1为输出电压，U2恒定为30V。第一开关管Q1栅极在PWM波的控制下进行周期性的通断。在Q1开通期间，输入电压经Q2直接输出，此时二极管D2因承受反压而截止，输出电流经过Q2流入电感，电感电流上升，电感进行能量储存，输出电流同时也对电池充电；当Q1关断时，负载与输入电压脱离，由于电感电流不能突变，其通过负载和续流二极管实现续流，电感电流按线性规律下降，同时将能量释放给电池。装置在充电模式下，首先进入恒流充电模式，通过按键在1-2A范围内步进设定电池充电电流，受到双向DC-DC变换电路输入电压的波动以及负载的影响，电池充电电流会产生波动，为了在此阶段保持充电电流恒定，单片机通过改变PWM波占空比调节双向DC-DC变换电路的输出电压，稳定输出电流。当设定充电电流为2A时，为保障设备安全性，装置自动启动过充保护功能，当U1超过阈值24V时，驱动电路停止输出驱动信号，对电池进行保护。当电池电压逐渐升高至21V时，装置自动进入恒压充电模式，控制方法与恒流模式相同，控制目标从充电电流转换为充电电压，保持充电电压恒定于21V，充电电流逐渐下降。具有自动断电保护功能，即当充电电流接近于0时，自动断开开关S1，停止对电池充电。当变换器工作在放电模式时，MOS管Q1关断，锂电池作为电源向负载供电，双向DC-DC变换电路等效为BOOST本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双向DC‑DC变换器，其特征在于：包括采样电路、直流稳压电源、双向DC‑DC变换电路、锂电池组、驱动电路、单片机、直流放电输出和显示与按键；其中，单片机根据采样电路采集到的双向DC‑DC变换电路的电压电流信息，通过驱动电路控制双向DC‑DC变换电路自动切换工作模式；工作于充电模式时，直流稳压电源通过双向DC‑DC变换电路给锂电池组充电；工作于放电模式时，锂电池组通过双向DC‑DC变换电路直流放电输出；电路工作情况通过单片机控制显示。

【技术特征摘要】
1.一种双向DC-DC变换器，其特征在于：包括采样电路、直流稳压电源、双向DC-DC变换电路、锂电池组、驱动电路、单片机、直流放电输出和显示与按键；其中，单片机根据采样电路采集到的双向DC-DC变换电路的电压电流信息，通过驱动电路控制双向DC-DC变换电路自动切换工作模式；工作于充电模式时，直流稳压电源通过双向DC-DC变换电路给锂电池组充电；工作于放电模式时，锂电池组通过双向DC-DC变换电路直流放电输出；电路工作情况通过单片机控制显示。2.根据权利要求1所述的双向DC-DC变换器，其特征在于：所述直流稳压电源包括电源变压器、整流电路、滤波电...

【专利技术属性】
技术研发人员：金龙，韦星，潘鹏，叶昱媛，曹水晶，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32