一种隔离型的双向DC-DC变换器制造技术

本发明专利技术公开一种隔离型双向DC‑DC变换器，包括变换器主电路、驱动电路、采样电路是、采样信号调理电路以及控制单元，其中，采样信号调理电路接收采样电路的采集的变换器主电路的电压及电流信号进行处理后输出至控制单元，控制单元的输出端与驱动电路的输入端相连，驱动电路的输出端接至变换器主电路中各功率开关管的控制端。本发明专利技术结构最大化的利用了隔离变压器的磁芯和绕组；且每个桥臂有两个开关管，可以使开关管的最大反向压降减半，具有高稳定性、高鲁棒性及高抗干扰能力，输出平稳、准确、动态性能好等优点。

An Isolated Bidirectional DC-DC Converter

The invention discloses an isolated bidirectional DC DC converter, which includes the main circuit of the converter, driving circuit, sampling circuit, sampling signal conditioning circuit and control unit. The voltage and current signals of the main circuit of the converter collected by the sampling circuit are processed and output to the control unit, and the output end of the control unit and the transmission of the driving circuit. The input end is connected, and the output end of the driving circuit is connected to the control end of each power switch in the main circuit of the converter. The structure of the invention maximizes the use of the magnetic core and winding of the isolation transformer, and each bridge arm has two switching tubes, which can reduce the maximum reverse voltage drop of the switching tube by half, and has the advantages of high stability, high robustness, high anti-interference ability, stable, accurate output and good dynamic performance.

【技术实现步骤摘要】
一种隔离型的双向DC-DC变换器
本专利技术涉及一种DC-DC变换器，具体为一种隔离型双向DC-DC变换器。
技术介绍
目前，电网中电能存在有两种形式：直流和交流。随着开关元件制造技术的成熟，电能形式的转换变得更加复杂。各种类型的电力转换器如DC-DC变换器，DC-AC逆变器，AC-DC整流器和AC-AC逆变器被投入使用，以供各种用电负载的用电需求。电能可以从输入级传输到输出级或从输出级传输到输入级的DC-DC变换器称为双向DC-DC变换器。双向DC-DC变换器由于其高功率密度，小尺寸和良好的输出功率质量而广泛用于高功率应用中，主要用于独立光伏发电，UPS不间断电源，电动汽车等系统。近年来，为了满足不同功率等级和不同性能指标的实际需要，国内外许多学者正在研究隔离型双向DC-DC变换器的拓扑结构，包括反激式变换器、推挽式变换器、半桥式变换器和全桥式变换器。反激式拓扑结构简单，控制容易，成本也比较低。工程上常用反激式拓扑实现直流低功率能量的传输，其缺点在于传输效率不高，输出侧纹波电压较大。推挽式拓扑结构显著特点是所用的变压器中间有抽头，但由于变压器的漏磁导致的开关瞬间电压尖峰大及偏磁对对称结构一致性的要求，限制了应用，一般用在大功率场合。半桥拓扑使用电容器承担静态电压，变压器初级绕组的电压是输入电压的一半，开关管的电压应力相对较小，常用在中、高压功率传输场合，但对电容性能、开关管性能要求高。全桥变换器对开关管和变压器具有较高利用率，对开关管的电流与电压等级要求低，是大功率场合的首选结构。但现有的全桥变换器体积较大，重量大，信号也不够稳定。
技术实现思路
针对现有技术中全桥变换器存在体积较大，信号不够稳定等不足，本专利技术要解决的问题是提供一种可以实现5KW能量流动的隔离型双向DC-DC变换器及储能系统。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：本专利技术一种隔离型双向DC-DC变换器，包括变换器主电路、驱动电路、采样电路是、采样信号调理电路以及控制单元，其中，采样信号调理电路接收采样电路的采集的变换器主电路的电压及电流信号进行处理后输出至控制单元，控制单元的输出端与驱动电路的输入端相连，驱动电路的输出端接至变换器主电路中各功率开关管的控制端。所述变换器主电路包括设于高压侧和低压侧之间的两个双向全桥电路，设于高压侧与低压侧之间；两个双向全桥电路的控制端与控制单元的输出信号连接，控制各全桥电路的开通或关断；低压侧和高压侧分别设有稳压滤波电容器；低压侧还有具电感器L作为存储电感器；两侧双向全桥电路通过高频隔离变压器耦合连接。各双向全桥电路为由四个功率开关管连接而成，各功率开关管的集电极与发射极之间接有反向二极管。功率开关管为IGBT模块。本专利技术具有以下有益效果及优点：1.本专利技术隔离型的双向DC-DC变换器中隔离变压器只有两个绕组，初级绕组和次级绕组，正负磁通量由正负电压获得，该结构最大化的利用了隔离变压器的磁芯和绕组；且每个桥臂有两个开关管，可以使开关管的最大反向压降减半，具有高稳定性、高鲁棒性及高抗干扰能力，输出平稳、准确、动态性能好等优点。2.本专利技术隔离型的双向DC-DC变换器基于全桥式拓扑结构，减小散热器的尺寸，减小转换器的总重量，优化整体结构，提高功率密度。附图说明图1为本专利技术隔离型双向DC-DC变换器电气结构框图；图2为本专利技术中双向隔离DC-DC变换器中变换器主电路结构示意图；图3为本专利技术中升压模式下变换器主电路的等效电路图；图4为本专利技术中降压模式下变换器主电路的等效电路图。具体实施方式下面结合说明书附图对本专利技术作进一步阐述。如图1所示，本专利技术一种隔离型双向DC-DC变换器，包括变换器主电路、驱动电路、采样电路是、采样信号调理电路以及控制单元，其中，采样信号调理电路接收采样电路的采集的变换器主电路的电压及电流信号进行处理后输出至控制单元，控制单元的输出端与驱动电路的输入端相连，驱动电路的输出端接至变换器主电路中各功率开关管的控制端。如图2所示，是隔离型全桥双向DC-DC变换器结构图。变换器主电路包括设于高压侧和低压侧之间的两个双向全桥电路，设于高压侧与低压侧之间；两个双向全桥电路的控制端与控制单元的输出信号连接，控制各全桥电路的开通或关断；低压侧和高压侧分别设有稳压滤波电容器；低压侧还有具电感器L作为存储电感器；两侧双向全桥电路通过高频隔离变压器耦合连接。各双向全桥电路为由四个功率开关管连接而成，各功率开关管的集电极与发射极之间接有反向二极管。本实施例中，功率开关管为IGBT模块。图2中，两侧双向全桥电路包括第一～八功率开关管S1～S8和第一～八反并联二极管D1～D8，或者可以选用四个IGBT模块构成；第一电容器C1做低压侧稳压滤波电容器，第二电容器C2做高压侧稳压滤波电容器；当双向DC-DC变换器工作在升压模式时，高压侧电感器L充当存储电感器，电感器L是双向DC-DC变换器降压时的滤波器电感器。高压侧与低压侧之间为中间级，通过隔离变压器T连接，变压器T为高频隔离变压器，匝数比为1：n。变压器左侧为28V低压侧，是电流型全桥结构，右侧为270V高压侧，是一种电压型全桥结构。所选用的这种拓扑结构的优点为：隔离变压器只有两个绕组：初级绕组和次级绕组，正负磁通量由正负电压获得，这种方式最大化的利用了隔离变压器的磁芯和绕组。并且在这种结构中，每个桥臂有两个开关管，故可以使开关管的最大反向压降减半。本专利技术中，硬件电路还包双闭环单端反激式电源电路。为各用电器件提供工作电源。控制单元采用MC9S12XF128单片机作为主控制装置。MC9S12XF128单片机中运行的软件程序包括：主程序、ADC采样程序、控制算法、通信程序等，以上程序均为现有技术。硬件选用富士2MBI100VA-120作为高压侧功率开关管，选用英飞凌FF300R12KE3作为低压侧功率开关管，选用FA13844脉宽控制芯片来设计一个开关电源。隔离型全桥双向DC-DC变换器有两种工作模式：降压模式和升压模式。针对两种工作模式，本专利技术采用组合型Bipolar&Shiftphase的调制方式，即升压模式使用双极性调制方式，降压模式使用移相调制方式。涉及到的能量转换过程主要包括两部分：输入全桥逆变和输出不控整流。当变换器处于升压模式，低压侧第一～四功率开关管S1～S4接有控制单元的驱动信号，低压侧的第一～四反向二极管D1～D4起到续流的作用；高压侧第五～八功率开关管S5～S8不添加驱动信号，第五～八反向并联二极管D5～D8作为全桥整流。图3是升压模式下的等效电路，其中，V1是一个输入低压电源，第一电容器C1是一个低压侧的输入滤波电容。L是储能电感，第一电阻R1是高端负载，第二电容器C2是高压侧的输入滤波电容器，V2是负载上的输出电压。第一～四功率开关管S1～S4分别形成低压侧全桥的两个桥臂，采用高压侧开关管第五～八反并联二极管D5和D6、D7、D8组成不控整流全桥。电感器L与输入低电压电源V1串接以实现升压的目的，由于L电感值很大，所以低压侧属于电流源型全桥结构，因此低压侧全桥开关可以直通而不会造成电源短路，但必须避免出现开路情况，对电流源而言，电路开路会导致大电感器L中的能量无法释放，会产生瞬时的击穿放电，损害电源和开关器件。当低压侧同一桥臂的上、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隔离型双向DC‑DC变换器，其特征在于：包括变换器主电路、驱动电路、采样电路是、采样信号调理电路以及控制单元，其中，采样信号调理电路接收采样电路的采集的变换器主电路的电压及电流信号进行处理后输出至控制单元，控制单元的输出端与驱动电路的输入端相连，驱动电路的输出端接至变换器主电路中各功率开关管的控制端。

【技术特征摘要】
1.一种隔离型双向DC-DC变换器，其特征在于：包括变换器主电路、驱动电路、采样电路是、采样信号调理电路以及控制单元，其中，采样信号调理电路接收采样电路的采集的变换器主电路的电压及电流信号进行处理后输出至控制单元，控制单元的输出端与驱动电路的输入端相连，驱动电路的输出端接至变换器主电路中各功率开关管的控制端。2.根据权利要求1所述的隔离型双向DC-DC变换器，其特征在于：所述变换器主电路包括设于高压侧和低压侧之间的两个双向全桥电路，设于高压侧与低...

【专利技术属性】
技术研发人员：王大志，韩建树，王海洋，周迎宾，李汶浍，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21