双向DC/DC变换器、双向电压变换方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了一种双向DC/DC变换器、双向电压变换方法、装置及系统。该双向DC/DC变换器包括：直流支撑电容单元、第一双向DC/DC单元和第二双向DC/DC单元。直流支撑电容单元的一端、第一双向DC/DC单元的第一端和第二双向DC/DC单元的第二端分别与第一正直流母线相连；直流支撑电容单元的另一端、第一双向DC/DC单元的第三端和第二双向DC/DC单元的第一端分别与第一负直流母线相连；第一双向DC/DC单元的第二端与第二正直流母线相连；第二双向DC/DC单元的第三端与第二负直流母线相连。能够提高电压变换效率，并且能够提高双向DC/DC变换器的升降压能力以及减少双向DC/DC变换器的成本。

【技术实现步骤摘要】
双向DC/DC变换器、双向电压变换方法、装置及系统
本专利技术涉及电路电子
，尤其涉及一种双向DC/DC变换器、双向电压变换方法、装置及系统。
技术介绍
DC/DC变换器是将一种直流电变换为另一种形式直流电的技术，主要对电压、电流实现变换，它在可再生能源、电力系统、交通、航天航空、计算机和通讯、家用电器、国防军工、工业控制等领域得到广泛的应用。通常DC/DC变换器都是单向工作的，主要原因是因为功率开关、等均为单向，并且主功率回路上都有单向导电的二极管，所以能量只能单向流动。然而在许多应用场合，诸如对二次电源充放电过程，通过DC/DC变换器的能量需要能够两个方向流动。如蓄电池或超级电容充电时，能量从电网流向电池或电容，电流由交流变换为一种直流，再由一种直流变换为另一种直流，放电时则正好相反，电流由一种直流变换为另一种直流，再由另一种直流变换为交流，在这些场合应用的变换器是双向变换器。双向DC/DC变换器是指在保持变换器两端的直流电压极性不变的前提下，根据需要改变电流的方向，从而实现能量的双向流动的直流一直流变换器。一般做法是将单向DC/DC变换器中的单向开关和二极管改为双向开关，则所有的单向拓扑均变为双向拓扑，加上合理的控制就能实现能量的双向流动。大功率双向DC/DC变换器在电动汽车、分布式发电、储能系统、电能质量调节、可再生能源发电以及超导储能系统等领域具有广阔的应用前景。由于光伏、燃料电池一般输出电压较低，而母线电压较高，为实现逆变并网，需将多块单体电池串联以提高输出电压，然而电池串联会降低系统的可靠性，当某单体电池故障，该串联电池就会失效。如果采用普通的前级直流升压变换器要有很高的电压传输比，才能实现高效地电能变换。虽然带变压器的隔离型拓扑可以很容易地实现高变比，但是其在成本、体积和效率上不具优势。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种双向DC/DC变换器、双向电压变换方法、装置及系统，能够提高电压变换效率，并且能够提高双向DC/DC变换器的升降压能力以及减少双向DC/DC变换器的成本。一方面，本专利技术实施例提供了一种双向DC/DC变换器，双向DC/DC变换器包括：直流支撑电容单元、第一双向DC/DC单元和第二双向DC/DC单元；其中，直流支撑电容单元的一端、第一双向DC/DC单元的第一端和第二双向DC/DC单元的第二端分别与第一正直流母线相连；直流支撑电容单元的另一端、第一双向DC/DC单元的第三端和第二双向DC/DC单元的第一端分别与第一负直流母线相连；第一双向DC/DC单元的第二端与第二正直流母线相连；第二双向DC/DC单元的第三端与第二负直流母线相连，使得直流电流能够从第一正直流母线流向第二正直流母线，也使得直流电流能够从第二正直流母线流向第一正直流母线。在本专利技术的一个实施例中，第一双向DC/DC单元包括：第一电感、第一绝缘栅双极型晶体管、第一续流二极管、第一滤波电容器、第二绝缘栅双极型晶体管和第二续流二极管；其中，第一电感的一端与第一正直流母线相连；第一电感的另一端分别连接到第二绝缘栅双极型晶体管的集电极和第一绝缘栅双极型晶体管的发射极；第一绝缘栅双极型晶体管的集电极和第一滤波电容器的一端连接到第二正直流母线；第二绝缘栅双极型晶体管的发射极和第一滤波电容器的另一端连接到第一负直流母线；第一绝缘栅双极型晶体管与第一续流二极管反并联；第二绝缘栅双极型晶体管与第二续流二极管反并联。在本专利技术的一个实施例中，第二双向DC/DC单元包括：第二电感、第三绝缘栅双极型晶体管、第三续流二极管、第二滤波电容器、第四绝缘栅双极型晶体管和第四续流二极管；其中，第二电感的一端与第一负直流母线相连；第二电感的另一端分别连接到第四绝缘栅双极型晶体管的集电极和第三绝缘栅双极型晶体管的发射极；第三绝缘栅双极型晶体管的集电极和第二滤波电容器的一端连接到第一正直流母线；第四绝缘栅双极型晶体管的发射极和第二滤波电容器的另一端连接到第二负直流母线；第三绝缘栅双极型晶体管与第三续流二极管反并联；第四绝缘栅双极型晶体管与第四续流二极管反并联。在本专利技术的一个实施例中，第一绝缘栅双极型晶体管和第四绝缘栅双极型晶体管的驱动信号占空比相同；第二绝缘栅双极型晶体管和第三绝缘栅双极型晶体管的驱动信号占空比相同。在本专利技术的一个实施例中，第一绝缘栅双极型晶体管和第四绝缘栅双极型晶体管同时导通且同时关断；第二绝缘栅双极型晶体管和第三绝缘栅双极型晶体管同时导通且同时关断；且第一绝缘栅双极型晶体管和第四绝缘栅双极型晶体管导通时，第二绝缘栅双极型晶体管和第三绝缘栅双极型晶体管关断；第一绝缘栅双极型晶体管和第四绝缘栅双极型晶体管关断时，第二绝缘栅双极型晶体管和第三绝缘栅双极型晶体管导通。在本专利技术的一个实施例中，直流支撑电容单元包括：直流支撑电容器。另一方面，本专利技术实施例还提供一种双向电压变换方法，应用于本专利技术实施例提供的双向DC/DC变换器，方法包括：获得双向DC/DC变换器的实际输入电压以及双向DC/DC变换器的期望输出电压；根据实际输入电压和期望输出电压，调节第一双向DC/DC单元和第二双向DC/DC单元，以使双向DC/DC变换器的实际输出电压等于期望输出电压。在本专利技术的一个实施例中，根据实际输入电压和期望输出电压，调节第一双向DC/DC单元和第二双向DC/DC单元，以使双向DC/DC变换器的实际输出电压等于期望输出电压，包括：将实际输入电压和期望输出电压的差值经过第一比例积分控器，得到第一电流值；将第一电流值和实际通过第一电感的电流值的差值经过第二比例积分控制器，得到第一调制波；将第一电流值和实际通过第二电感的电流值的差值经过第三比例积分控制器，得到第二调制波；利用脉冲宽度调制对第一调制波和第二调制波进行调制，以使调制后的第一绝缘栅双极型晶体管、第四绝缘栅双极型晶体管、第二绝缘栅双极型晶体管和第三绝缘栅双极型晶体管的驱动信号的占空比满足双向DC/DC变换器的实际输出电压等于期望输出电压的要求，使得双向DC/DC变换器的实际输出电压等于期望输出电压的要求。再一方面，本专利技术实施例还提供一种双向电压变换装置，应用于本专利技术实施例提供的双向DC/DC变换器，装置包括：获得模块，用于获得双向DC/DC变换器的实际输入电压以及双向DC/DC变换器的期望输出电压；调节模块，用于根据实际输入电压和期望输出电压，调节第一双向DC/DC单元和第二双向DC/DC单元，以使双向DC/DC变换器的实际输出电压等于期望输出电压。在本专利技术的一个实施例中，调节模块，具体用于：将实际输入电压和期望输出电压的差值经过第一比例积分控器，得到第一电流值；将第一电流值和实际通过第一电感的电流值的差值经过第二比例积分控制器，得到第一调制波；将第一电流值和实际通过第二电感的电流值的差值经过第三比例积分控制器，得到第二调制波；利用脉冲宽度调制对第一调制波和第二调制波进行调制，以使调制后的第一绝缘栅双极型晶体管、第四绝缘栅双极型晶体管、第二绝缘栅双极型晶体管和第三绝缘栅双极型晶体管的驱动信号的占空比满足双向DC/DC变换器的实际输出电压等于期望输出电压的要求，使得双向DC/DC变换器的实际输出电压等于期望输出电压的要求。再一方面，本专利技术实施例还提供一种双向电压变换系统，包括：本专利技术实施例提供的双本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双向DC/DC变换器，其特征在于，所述双向DC/DC变换器包括：直流支撑电容单元、第一双向DC/DC单元和第二双向DC/DC单元；其中，所述直流支撑电容单元的一端、所述第一双向DC/DC单元的第一端和所述第二双向DC/DC单元的第二端分别与第一正直流母线相连；所述直流支撑电容单元的另一端、所述第一双向DC/DC单元的第三端和所述第二双向DC/DC单元的第一端分别与第一负直流母线相连；所述第一双向DC/DC单元的第二端与第二正直流母线相连；所述第二双向DC/DC单元的第三端与第二负直流母线相连，使得直流电流能够从所述第一正直流母线流向所述第二正直流母线，也使得直流电流能够从所述第二正直流母线流向所述第一正直流母线。

【技术特征摘要】
1.一种双向DC/DC变换器，其特征在于，所述双向DC/DC变换器包括：直流支撑电容单元、第一双向DC/DC单元和第二双向DC/DC单元；其中，所述直流支撑电容单元的一端、所述第一双向DC/DC单元的第一端和所述第二双向DC/DC单元的第二端分别与第一正直流母线相连；所述直流支撑电容单元的另一端、所述第一双向DC/DC单元的第三端和所述第二双向DC/DC单元的第一端分别与第一负直流母线相连；所述第一双向DC/DC单元的第二端与第二正直流母线相连；所述第二双向DC/DC单元的第三端与第二负直流母线相连，使得直流电流能够从所述第一正直流母线流向所述第二正直流母线，也使得直流电流能够从所述第二正直流母线流向所述第一正直流母线。2.根据权利要求1所述的双向DC/DC变换器，其特征在于，所述第一双向DC/DC单元包括：第一电感、第一绝缘栅双极型晶体管、第一续流二极管、第一滤波电容器、第二绝缘栅双极型晶体管和第二续流二极管；其中，所述第一电感的一端与所述第一正直流母线相连；所述第一电感的另一端分别连接到所述第二绝缘栅双极型晶体管的集电极和所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极；所述第一绝缘栅双极型晶体管的集电极和所述第一滤波电容器的一端连接到所述第二正直流母线；所述第二绝缘栅双极型晶体管的发射极和第一滤波电容器的另一端连接到第一负直流母线；所述第一绝缘栅双极型晶体管与所述第一续流二极管反并联；所述第二绝缘栅双极型晶体管与所述第二续流二极管反并联。3.根据权利要求1或2所述的双向DC/DC变换器，其特征在于，所述第二双向DC/DC单元包括：第二电感、第三绝缘栅双极型晶体管、第三续流二极管、第二滤波电容器、第四绝缘栅双极型晶体管和第四续流二极管；其中，所述第二电感的一端与所述第一负直流母线相连；所述第二电感的另一端分别连接到所述第四绝缘栅双极型晶体管的集电极和所述第三绝缘栅双极型晶体管的发射极；所述第三绝缘栅双极型晶体管的集电极和所述第二滤波电容器的一端连接到所述第一正直流母线；所述第四绝缘栅双极型晶体管的发射极和所述第二滤波电容器的另一端连接到所述第二负直流母线；所述第三绝缘栅双极型晶体管与所述第三续流二极管反并联；所述第四绝缘栅双极型晶体管与所述第四续流二极管反并联。4.根据权利要求3所述的双向DC/DC变换器，其特征在于，所述第一绝缘栅双极型晶体管和所述第四绝缘栅双极型晶体管的驱动信号占空比相同；所述第二绝缘栅双极型晶体管和所述第三绝缘栅双极型晶体管的驱动信号占空比相同。5.根据权利要求4所述的双向DC/DC变换器，其特征在于，所述第一绝缘栅双极型晶体管和所述第四绝缘栅双极型晶体管同时导通且同时关断；所述第二绝缘栅双极型晶体管和所述第三绝缘栅双极型晶体管同时导通且同时关断；且所述第一绝缘栅双极型晶体管和所述第四绝缘栅双极型晶体管导通时，所述第二绝缘栅双极型晶体管和所述第三绝缘栅双极型晶体管关断；所述第一绝缘栅双极型晶体管和所述第四绝缘栅双极型晶体管关断时，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：马刚，赵帅央，
申请(专利权)人：北京天诚同创电气有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11