适用于多种储能元件的双向交错式DC/DC变换器装置制造方法及图纸

适用于多种储能元件的双向交错式DC/DC变换器装置，包括储能元件，储能元件的输入端分别与支路上的第一电感、第二电感的一端连接，第一开关元件的发射极与第三开关元件的集电极相连，构成左桥臂；第二开关元件的发射极与第四开关元件的集电极相连，构成右桥臂；第一电感的另一端连接到左桥臂的发射极和集电极的连接处，第二电感的另一端连接到右桥臂的发射极和集电极的连接处，第一开关元件、第二开关元件的集电极分别与负载的“+”级相连，第三开关元件、第四开关元件的发射极分别与负载的“﹣”级相连，负载的“﹣”级与储能元件的输入端相连。本发明专利技术可减小纹波电流，可提高系统的动态响应。

Two way interleaved DC/DC converter for various energy storage devices

A bidirectional interleaved DC/DC converter suitable for a variety of energy storage elements includes an energy storage element whose input end is connected with one end of the first inductance and the second inductance of the branch respectively. The emitter of the first switching element is connected with the collector of the third switching element to form a left bridge arm; the emitter of the second switching element is connected with the collector of the third switching element. The other end of the first inductance is connected to the junction of the emitter and the collector of the left bridge arm, the other end of the second inductance is connected to the junction of the emitter and the collector of the right bridge arm, and the collector of the first switching element and the second switching element is connected to the \+\ of the load respectively. The emitters of the third switch element and the fourth switch element are respectively connected with the -\stage of the load, and the -\ stage of the load is connected with the input end of the energy storage element. The invention can reduce ripple current and improve dynamic response of the system.

【技术实现步骤摘要】
适用于多种储能元件的双向交错式DC/DC变换器装置
本专利技术涉及DC/DC变换器装置，具体是涉及一种适用于多种储能元件的双向交错式DC/DC变换器装置。
技术介绍
由于某些储能元件如超级电容输出电压较低，同时为了延长使用寿命要求输出电流纹波较小，若采用传统双向DC/DC电路，需使用大电感以减小纹波电流，但能通过大电流的电感体积大、造价高，且会使系统动态响应变慢。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服上述
技术介绍
的不足，提供一种适用于多种储能元件的双向交错式DC/DC变换器装置，能量能双向流通，能够显著改善电源输出动态特性，减小输入输出纹波，提高电能质量，同时结构简单紧凑，装置中所有开关器件电流应力比传统DC/DC变换器的减小一半，输入电感电流和输出电压纹波频率增加一倍，纹波大小减半，减少装置输入电感和输出电容的体积。本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是，一种适用于多种储能元件的双向交错式DC/DC变换器装置，包括储能元件、输入滤波电容、第一电感、第二电感、第一MOSFET/IGBT开关、第二MOSFET/IGBT开关、第三MOSFET/IGBT开关、第四MOSFET/IGBT开关、输出滤波电容和负载，所述储能元件的输入端分别与支路上的第一电感、第二电感的一端连接，所述第一MOSFET/IGBT开关的发射极与第三MOSFET/IGBT开关的集电极相连，第一MOSFET/IGBT开关、第三MOSFET/IGBT开关构成左桥臂；所述第二MOSFET/IGBT开关的发射极与第四MOSFET/IGBT开关的集电极相连，第二MOSFET/IGBT开关、第四MOSFET/IGBT开关构成右桥臂；所述第一电感的另一端连接到左桥臂的发射极和集电极的连接处，所述第二电感的另一端连接到右桥臂的发射极和集电极的连接处，所述第一MOSFET/IGBT开关、第二MOSFET/IGBT开关的集电极分别与负载的“+”级相连，所述第三MOSFET/IGBT开关、第四MOSFET/IGBT开关的发射极分别与负载的“﹣”级相连，负载的“﹣”级与储能元件的输入端相连。进一步，所述储能元件上并联有输入滤波电容。进一步，所述负载上并联有输出滤波电容。进一步，所述储能元件为超级电容或蓄电池或锂电池。本专利技术主要包括三方面：(1)提出一种双向交错式DC/DC变换器结构，采用交错并联的工作方式，可利用纹波互消原理减小纹波电流，亦可有效提高动态响应；(2)提出一种双向交错式DC/DC变换器装置参数的计算与选取方法，解决所驱动的感性负载停机和电网电压异常时引起的母线电压过压问题；(3)本专利技术涉及双向交错式DC/DC变换器设计方法，实现输入电感电流和输出电压纹波频率增加一倍，降低系统滤波电感的体积与成本，提高设备的输出特性。有益效果：本专利技术巧妙借助采用交错并联的工作方式，首先，它采用并联型结构，有效地减小直直变换电路中功率器件的电流应力；其次，因为支路电流的减小使储能电感的体积、重量、造价也随之减少；更为重要的是这种电路结构采用交错并联的工作方式，一方面可以利用纹波互消原理减小纹波电流，另一方面可以有效地提高系统的动态响应。很好地解决传统直直变换器提高输出电能质量需要大体积滤波电路的设计难题。本专利技术的优势具体体现在以下几个方面：1、电路结构简单紧凑，易于实现；2、对不同储能元件适应能力强：因为此装置有极佳的动态响应特性，适用于超级电容、燃料电池、锂电池、铅酸蓄电池等大部分常用储能元件，只需要通过储能元件特性调整充放电策略，改变滤波元件参数；3、系统体积与成本能得到有效降低：本专利技术和传统DC/DC变换器相比，输入电感电流和输出电压纹波频率增加一倍，纹波大小减半，减少输入电感和输出电容的体积与成本；4、提高DC/DC变换器的可靠性：电路中所有开关器件电流应力比传统DC/DC变换器的减小一半，能有效防止过电压损坏变换器中至关重要的功率器件，从而提高整个系统运行的可靠性。附图说明图1是本专利技术双向交错式DC/DC变换器装置实施例的拓扑结构示意图。图2是图1所示实施例工作在Boost模式下的等效电路图。图3是图1所示实施例工作在Buck模式下的等效电路图。图4是图1所示实施例使用电压电流双闭环PI控制框图。图5是图1所示实施例在Boost模式额定功率稳态运行时相关参数的波形图。图6是图1所示实施例在Boost模式负载瞬时降低20％时的电压波形图。图7是图1所示实施例在Boost模式启动过程中相关波形图。图8是图1所示实施例在Buck模式下给定输出电流13.5A时稳态工作的波形图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步详细描述。参照图1，本实施例包括储能元件Ue、输入滤波电容C1、第一电感L1、第二电感L2、第一MOSFET开关S1、第二MOSFET开关S2、第三MOSFET开关S3、第四MOSFET开关S4、输出滤波电容C2、负载RL。储能元件Ue的输入端分别与支路上的第一电感L1、第二电感L2的一端连接，第一MOSFET开关S1的发射极与第三MOSFET开关S3的集电极相连，第一MOSFET开关S1、第三MOSFET开关S3构成左桥臂；第二MOSFET开关S2的发射极与第四MOSFET开关S4的集电极相连，第二MOSFET开关S2、第四MOSFET开关S4构成右桥臂；第一电感L1的另一端连接到左桥臂的发射极和集电极的连接处，第二电感L2的另一端连接到右桥臂的发射极和集电极的连接处，第一MOSFET开关S1、第二MOSFET开关S2的集电极分别与负载RL的“+”级相连，第三MOSFET开关S3、第四MOSFET开关S4的发射极分别与负载RL的“﹣”级相连，负载RL的“﹣”级与储能元件Ue的输入端相连。本实施例中，储能元件Ue上并联有输入滤波电容C1，负载RL上并联有输出滤波电容C2。本实施例中，储能元件Ue为超级电容，在实际应用中，还可为蓄电池、锂电池等。在实际应该中，MOSFET开关可采用IGBT开关来替换，即第一MOSFET开关S1替换成第一IGBT开关、第二MOSFET开关S2替换成第二IGBT开关、第三MOSFET开关S3替换成第三IGBT开关、第四MOSFET开关S4替换成第四IGBT开关。双向交错式DC/DC变换器装置根据第一MOSFET开关S1、第二MOSFET开关S2、第三MOSFET开关S3、第四MOSFET开关S4不同的开关状态可选择Boost与Buck两种工作模式。参照图2，第一MOSFET开关S1、第二MOSFET开关S2交替工作时，双向交错式DC/DC变换器装置工作于Buck模式，给储能元件Ue充电；参照图3，第三MOSFET开关S3、第四MOSFET开关S4交替工作时，双向交错式DC/DC变换器装置工作于Boost模式，储能元件Ue放电。本专利技术双向交错式DC/DC变换器装置使用电压电流双闭环PI控制，控制框图如图4所示，在连续电流模式下，双向交错式DC/DC变换器按开关状态存在4种工作模式，系统中电流环补偿器主要用来提高系统动态响应，故电流环带宽应尽可能宽，电压环补偿器设计达到期望的带宽和相位裕度时，可以使系统稳定。双向交错式DC/DC变换器装置参数的计算与选取方法如下。双向交错式DC/DC变换器设计要求为额定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于多种储能元件的双向交错式DC/DC变换器装置，其特征在于：包括储能元件、输入滤波电容、第一电感、第二电感、第一MOSFET/IGBT开关、第二MOSFET/IGBT开关、第三MOSFET/IGBT开关、第四MOSFET/IGBT开关、输出滤波电容和负载，所述储能元件的输入端分别与支路上的第一电感、第二电感的一端连接，所述第一MOSFET/IGBT开关的发射极与第三MOSFET/IGBT开关的集电极相连，第一MOSFET/IGBT开关、第三MOSFET/IGBT开关构成左桥臂；所述第二MOSFET/IGBT开关的发射极与第四MOSFET/IGBT开关的集电极相连，第二MOSFET/IGBT开关、第四MOSFET/IGBT开关构成右桥臂；所述第一电感的另一端连接到左桥臂的发射极和集电极的连接处，所述第二电感的另一端连接到右桥臂的发射极和集电极的连接处，所述第一MOSFET/IGBT开关、第二MOSFET/IGBT开关的集电极分别与负载的“+”级相连，所述第三MOSFET/IGBT开关、第四MOSFET/IGBT开关的发射极分别与负载的“﹣”级相连，负载的“﹣”级与储能元件的输入端相连。...

【技术特征摘要】
1.一种适用于多种储能元件的双向交错式DC/DC变换器装置，其特征在于：包括储能元件、输入滤波电容、第一电感、第二电感、第一MOSFET/IGBT开关、第二MOSFET/IGBT开关、第三MOSFET/IGBT开关、第四MOSFET/IGBT开关、输出滤波电容和负载，所述储能元件的输入端分别与支路上的第一电感、第二电感的一端连接，所述第一MOSFET/IGBT开关的发射极与第三MOSFET/IGBT开关的集电极相连，第一MOSFET/IGBT开关、第三MOSFET/IGBT开关构成左桥臂；所述第二MOSFET/IGBT开关的发射极与第四MOSFET/IGBT开关的集电极相连，第二MOSFET/IGBT开关、第四MOSFET/IGBT开关构成右桥臂；所述第一电感的另一端连接到左桥...

【专利技术属性】
技术研发人员：封焯文，戴秋华，朱世平，赵利会，浣威，童威，杨超，赵志华，余子鹏，高礼，
申请(专利权)人：中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43