一种燃料电池直流-直流变换器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种燃料电池直流‑直流变换器，包括连接直流输入端的滤波储能电容，并联的第一BUCK释能复合电路和第二BUCK释能复合电路，第一BUCK释能复合电路后级的第一全桥电路，第二BUCK释能复合电路后级的第二全桥电路，以及与所述第一全桥电路和所述第二全桥电路串联的BOOST升压电路。该电路将BUCK电路和释能电路进行了复合，既可以减小燃料电池的输出电流纹波，又可以解决燃料电池内部电荷积聚占用输出容量的问题，使得主拓扑具有低损耗、高效率、小纹波的特点。

A DC / DC converter for fuel cell

The utility model discloses a fuel cell DC/DC converter, which comprises a filter energy storage capacitor connected to a DC input, a parallel first BUCK energy release compound circuit and a second BUCK energy release compound circuit, a first full bridge circuit at the rear stage of the first BUCK energy release compound circuit, and a second full bridge at the rear stage of the second BUCK energy release compound circuit. A circuit and a BOOST boost circuit in series with the first full bridge circuit and the second full bridge circuit. The combination of BUCK circuit and energy release circuit can not only reduce the output current ripple of fuel cell, but also solve the problem of charge accumulation occupying the output capacity of fuel cell. The main topology has the characteristics of low loss, high efficiency and small ripple.

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池直流-直流变换器
本技术涉及电动汽车领域，尤其涉及一种直流-直流变换器。
技术介绍
进入21世纪以来，环境污染问题越来越得到社会各界的重视，能源变革是解决环境污染问题的重中之重。随着新能源的不断发展，污染剧烈的汽车行业也到了能源改革的转折点，目前已有多国推出了燃油车退出市场的计划表，包括我国预计数十年后燃油车将会全面禁售并被电动车所取代。在电动车发展的领域中，氢燃料电池因其零污染、零排放的特点，在电动汽车的应用中得到足够的重视和应用，但燃料电池输出功率时电压波动范围较大的特点，使得目前市场上的燃料电池DCDC变换器在给动力电池充电时效率较低且纹波较大，同时，当燃料电池正常工作时内部集聚电荷达到一定数值时，不能得到有效释放，导致其输出效率降低。
技术实现思路
为解决上述问题，本技术提出一种高效率宽范围低纹波的燃料电池直流-直流(DC-DC)变换器及其控制方法。本技术提供一种燃料电池直流-直流变换器，包括：连接直流输入端的滤波储能电容，并联的第一BUCK释能复合电路和第二BUCK释能复合电路，第一BUCK释能复合电路后级的第一全桥电路，第二BUCK释能复合电路后级的第二全桥电路，以及与所述第一全桥电路和所述第二全桥电路串联的BOOST升压电路。本技术的有益效果：本技术采用两个并联的BUCK释能复合电路，将BUCK电路和释能电路进行了复合，既能有效减小燃料电池的输出电流纹波，降低开关电路对燃料电池寿命的影响，又可以解决燃料电池内部电荷积聚占用输出容量的问题。主拓扑具有低损耗、高效率、小纹波的特点。附图说明图1为本技术实施例1的燃料电池DC-DC变换器的电路图。图2为本专利技术实施例1的释能控制方法流程示意图。图3为本技术实施例1的隔离变压偏磁控制方法流程示意图。图4为本技术实施例1的三电平BOOST升压电路中点电压控制方法流程示意图。图5为本技术实施例1的全桥与BOOST升压电路联合控制输出电压的控制方法流程示意图。图6为本技术实施例1的自适应输入输出电压变化的系统控制方法流程示意图。图7为本技术实施例1的板间均流控制方法流程示意图。图8为本技术实施例2的两并联BUCK释能复合电路的电路图。图9为本技术实施例2的全桥电路的电路图。图10为本技术实施例2的三电平BOOST升压电路的电路图。具体实施方式下面结合具体实施方式并对照附图对本技术作进一步详细说明，应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本技术的范围及其应用。实施例1本实施例提供一种高效率宽范围低纹波的燃料电池DCDC变换器，如图1所示，包括连接直流输入端的滤波储能电容Cin、两并联的BUCK释能复合电路、BUCK释能复合电路后级的全桥电路、BOOST升压电路电路及各电路的控制方法。第一BUCK释能复合电路包括功率开关管Q1和Q2、电感L1和电容C1；所述功率开关管Q1的一端与所述滤波储能电容Cin的正端连接，另一端与功率开关管Q2和电感L1连接，所述电感L1和所述电容C1串联后与所述功率开关管Q2并联，所述功率开关管Q2的另一端及所述电容C1的另一端与所述滤波储能电容Cin的负端连接；第二BUCK释能复合电路包括功率开关管Q3和Q4、电感L2和电容C2；所述功率开关管Q3的一端与所述滤波储能电容Cin的正端连接，另一端与功率开关管Q4和电感L2连接，所述电感L2和所述电容C2串联后与所述功率开关管Q4并联，所述功率开关管Q4的另一端及所述电容C2的另一端与所述滤波储能电容Cin的负端连接。滤波储能电容Cin对燃料电池的输出做滤波储能；两并联的第一BUCK释能复合电路和第二BUCK释能复合电路中，当功率开关管Q2和Q4不工作时，功率开关管Q1、电感L1、电容C1和功率开关管Q3、电感L2、电容C2形成双并联BUCK电路，两并联的BUCK电路中功率开关管Q1和Q3交错180°导通，采用此控制方式有利于减小输入滤波电容容值和BUCK电路输出电压纹波，进而有效减小燃料电池的输出电流纹波，同时使得整个主拓扑的损耗降低、变换效率提高。燃料电池的电压电流输出曲线在正常情况下是固定的，当燃料电池内部积聚电荷达到一定数值时会影响它的输出曲线，占用燃料电池容量，降低其输出效率，此时需要将集聚的电荷放电释能，恢复燃料电池的满容量输出能力。本实施例中，如图2所示，通过检测燃料电池内部积聚电荷超过限定值时，控制功率开关管Q1和Q3常通，再通过控制功率开关管Q2和Q4的栅极电压使其工作在线性放大区即可完成燃料电池积聚电荷的释放。在电路改动不大的前提下，将BUCK和释能两个功能进行了复合，既可以减小燃料电池的输出电流纹波，又可以解决燃料电池内部电荷积聚占用输出容量的问题。BUCK释能复合电路中，功率开关管Q1(Q3)和功率开关管Q2(Q4)交错180°导通，采用此种控制方式有利于减小输入滤波电容容值和BUCK电路输出电压纹波。BUCK释能复合电路后级的第一全桥电路和所述第二全桥电路包括：全桥逆变电路、隔离变压器、全桥整流电路，所述隔离变压器原边绕组的两端与全桥逆变电路连接，副边绕组的两端与全桥整流电路连接。第一全桥电路包括：由功率开关管S1、S2、S3、S4及其谐振电容Cs1、Cs2、Cs3、Cs4和功率开关管S4的LC支路Ca1、La1组成的全桥逆变电路、隔离变压器T1、由二极管DR1、DR2、DR3、DR4组成的全桥整流电路。第二全桥电路包括：由功率开关管S5、S6、S7、S8及其谐振电容Cs5、Cs6、Cs7、Cs8和功率开关管S8的LC支路Ca2、La2组成的全桥逆变电路、隔离变压器T2、由二极管DR5、DR6、DR7、DR8组成的全桥整流电路。全桥逆变电路将前级BUCK电路的直流电压转化为高频脉冲电压，再经过隔离变压器升压和前后级电路的隔离，后级全桥整流电路将脉冲电压整流成直流电压。可以理解的是：普通的全桥逆变电路，不包含功率开关管S4的LC支路Ca1、La1和功率开关管S8的LC支路Ca2、La2也能完成如上的功能。但在本实施例中，全桥逆变电路使用移相软开关控制，功率开关管S4(或S8)并联的LC支路主要在低轻载状态下有利于实现滞后桥臂的软开关控制，其主要原理为在轻载状态下，由于谐振能量的不足，使得滞后臂下管S4(或S8)并联的谐振电容电压谐振不到0V，导致该开关管难以实现零电压开通，当并联有LC支路后，通过开关周期中LC的谐振，满足滞后桥臂下管谐振电容放电到0V时的续流二极管有效导通，实现滞后桥臂的零电压开通；第一全桥电路中的整流电路和第二全桥电路中的整流电路串联，为后级BOOST电路提供双倍于全桥整流电路整流后的电压。在本实施例中，BOOST升压电路为三电平BOOST升压电路，包括储能电感L3、功率开关管Q5和Q6、电容C3和C4、二极管D1和D2；所述储能电感L3的一端与第一全桥电路连接，功率开关管Q5和Q6串联，二极管D1、电容C3、电容C4及二极管D2串联，功率开关管Q5和二极管D1的阳极共同接入储能电感L3的另一端，功率开关管Q6和二极管D2的阴极共同接入第二全桥电路；功率开关管Q5和Q6的中点与电容C3和电容C4的中点连接。通过控制Q5和Q6的开关时序和时长本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直流‑直流变换器，其特征在于，包括：连接直流输入端的滤波储能电容，并联的第一BUCK释能复合电路和第二BUCK释能复合电路，第一BUCK释能复合电路后级的第一全桥电路，第二BUCK释能复合电路后级的第二全桥电路，以及与所述第一全桥电路和所述第二全桥电路串联的BOOST升压电路。

【技术特征摘要】
1.一种直流-直流变换器，其特征在于，包括：连接直流输入端的滤波储能电容，并联的第一BUCK释能复合电路和第二BUCK释能复合电路，第一BUCK释能复合电路后级的第一全桥电路，第二BUCK释能复合电路后级的第二全桥电路，以及与所述第一全桥电路和所述第二全桥电路串联的BOOST升压电路。2.如权利要求1所述的直流-直流变换器，其特征在于，所述第一BUCK释能复合电路包括功率开关管Q1和Q2、电感L1和电容C1；所述功率开关管Q1的一端与所述滤波储能电容的正端连接，另一端与功率开关管Q2和电感L1连接，所述电感L1和所述电容C1串联后与所述功率开关管Q2并联，所述功率开关管Q2的另一端及所述电容C1的另一端与所述滤波储能电容的负端连接；所述第二BUCK释能复合电路包括功率开关管Q3和Q4、电感L2和电容C2；所述功率开关管Q3的一端与所述滤波储能电容的正端连接，另一端与功率开关管Q4和电感L2连接，所述电感L2和所述电容C2串联后与所述功率开关管Q4并联，所述功率开关管Q4的另一端及所述电容C2的另一端与所述滤波储能电容的负端连接。3.如权利要求1所述的直流-直流变换器，其特征在于，所述第一全桥电路和所述第二全桥电路包括：全桥逆变电路、隔离变压器、全桥整流电路，所述隔离变压器原边绕组的两端与全桥逆变电路连接，副边绕组的两端与全桥整流电路连接。4.如权利要求3所述的直流-直流变换器，其特征在于，所述第一全桥电路包括：由功率开关管S1、S2、S3、S4及其谐振电容Cs1、Cs2、Cs3、Cs4组成的全桥逆变电路，隔离变压器T1、由二极管DR1、DR2、DR3、DR4组成的全桥整流电路；所述第二全桥电路包括：由功率开关管S5、S6、S7、S8及其谐振电容Cs5、Cs6、Cs7、Cs8组成的全桥逆变电路、隔离...

【专利技术属性】
技术研发人员：王运，何强，蒋成明，于洋，雷仕建，
申请(专利权)人：深圳青铜剑科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44