一种高变比双向直流变换电路及控制方法技术

本发明专利技术涉及一种高变比双向直流变换电路及控制方法，电路包括开关器件S1、开关器件S2、开关器件S3、开关器件S4、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电感L1、电感L2、电感L3、电感L4、二极管D1、二极管D2组成。所述的开关器件S1的公共端与输入U

A high ratio bidirectional DC converter and its control method

【技术实现步骤摘要】
一种高变比双向直流变换电路及控制方法
本专利技术涉及双向电力变换
，尤其涉及一种双向直流变换电路，具体的说，是涉及一种高变比双向直流变换电路及控制方法。
技术介绍
双向直流变换电路可以实现电能的双向变换，即可以实现从输入端到输出端（正向）或者从输出端到输入端的双向电力变换功能。在新能源储能等工程中获得广泛的应用，如蓄电池充电时需要电能的正向变换，实现从充电输入端到蓄电池端的直流变换功能；在蓄电池放电的时则需要电能的反向变换，实现从蓄电池端到输出端直流变换功能。现有工程常用的双向变换电路包括Buck/Boost和双向有源桥式变换电路DAB，其中Buck/Boost双向变换电路是基于经典的等效Buck和Boost电路组成的，而Buck和Boost电路在工程应用中的输入/输出电压变比都受到限制，变换范围有限。为扩大变换范围，可以采用双向有源桥式变换电路DAB，DAB是由桥式变换电路和高频变压器组成的，其输入/输出电压的变比可以根据高频变压器的变比进行调节，可以做大比较大的变比，但由于输入和输出端都是桥式电路构成，电路开关器件数量多，成本高而且电路功率密度小体积大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种结构简单、成本低廉且易于控制实施的高变比双向直流变换电路及其控制方法，适用于宽范围太阳能光伏储能等新能源工程场合。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为，一种高变比双向直流变换电路，包括第一至第四开关器件、第一至第四电容、第一至第四电感和第一至第二二极管，第一开关器件的一端连接直流输入的正极端，另一端连接第一二极管的负极，直流输入的正极端和负极端与第一电容并联，第一二极管的正极连接直流输入的负极端，第一电感、第二电感和第四电感顺次串联连接，第一电感连接第一开关器件，第四电感连接直流输出的正极端，第二开关器件的两端分别连接第一电感和第一二极管的正极，第四开关器件串联连接在第二电感和第四电感之间，第三开关器件的一端连接在第一电感和第二电感之间，第三开关器件的另一端连接在第四电感和第四开关器件之间，第三电感的一端连接第二开关器件，第三电感的另一端连接第二二极管的正极，第二二极管的负极连接在第四开关器件和第四电感之间，第二电容的一端连接在第一电感和第二电感之间，另一端连接在第三电感和第二二极管的正极之间，第三电容的一端连接在第二电感和第四开关器件之间，另一端连接在第三电感和第二开关器件之间，第四电容与直流输出的正极端和负极端并联；通过对第一至第四开关器件的不同状态进行控制以实现电路的双向变换功能。作为本专利技术的一种改进，所述第一至第四开关器件的不同状态由PWM信号控制。作为本专利技术的一种改进，所述第一开关器件、第一二极管、第一电感、第二开关器件、第二电感、第三电感、第二电容、第三电容、第四开关器件、第二二极管和第四电感组成高变比的双向升降压电路；其中，由第一开关器件、第一二极管、第一电感、第二电感、第四开关器件、第二二极管和第四电感组成高变比降压正向变换电路，由第四电容、第四电感、第四开关器件、第二电感、第三电感、第二电容、第三电容、第二开关器件、第一电感、第一二极管组成高变比的升压反向变换电路。作为本专利技术的一种改进，所述高变比降压正向变换电路工作时，第一开关器件和第四开关器件由PWM信号控制，调节各自控制信号PWM的占空比d1和d4即可实现不同降压比的变换；所述高变比升压反向变换电路工作时，第二开关器件由PWM信号控制，通过调节的PWM控制信号占空比d2即可调节升压变换比。作为本专利技术的一种改进，所述的第一开关器件、第一二极管、第一电感、第二开关器件、第三开关器件、第二二极管和第四电感组成常规的双向升降压电路；其中，由第一开关器件、第一二极管、第一电感、第二开关器件、第三开关器件和第四电感组成常规降压正向变换电路，由第四电感、第三开关器件、第二开关器件、第一开关器件、第一电感、第一二极管组成常规的升压反向变换电路。作为本专利技术的一种改进，所述常规降压正向变换电路工作时，第一开关器件由PWM信号控制，通过调节第一开关器件的PWM控制信号占空比d1即可调节降压变换比；所述常规升压反向变换电路工作时，第二开关器件由PWM信号控制，通过调节第二开关器件的PWM控制信号占空比d2即可调节升压变换比。作为本专利技术的一种改进，控制断开第一开关器件、第三开关器件和第四开关器件，整个变换电路进入保护状态。上述的高变比双向直流变换电路的控制方法，包括如下步骤：步骤1：电路控制系统分别读取电压变换方向，以及需要变换的输入电压值UIN_ref和输出电压值UOUT_ref；步骤2：计算输入电压值UIN_ref和输出电压值UOUT_ref之间的差值|UIN-OUT|；步骤3：将计算的|UIN-OUT|与设定值UD-SET进行比较，如果大于设定值则采用高变比等效电路工作模式，反之则采用常规变换电路工作模式；步骤4：根据步骤1的变换方向和步骤3的工作模式进入对应的等效变换电路状态，具体为：如果进入高变比状态则对应的控制电压变换为式（1）(1)如果进入常规变比状态则对应的控制电压变换为式（2）(2)式（1）和（2）中的UIN为第一电容C1端的电压，UOUT为第四C4端的电压，d1、d2和d4分别为第一开关器件、第二开关器件和第四开关器件的PWM控制信号的占空比；步骤5：根据步骤4确定的控制方式和控制信号值实施对应控制，如检测参数异常则进入保护状态，发出保护控制指令断开第一开关器件、第三开关器件和第四开关器件。相对于现有技术，本专利技术的电路整体结构设计巧妙，结构简单，易于实现和控制，通过对第一至第四开关器件的不同状态进行控制可实现高变比的双向电能变换功能，对第一至第四开关器件的不同状态采用PWM信号的占空比调节控制，可满足不同变比条件下的直流电能变换，变换能力强，可适合在宽范围的双向电能变换场合应用推广；此外，在检测到参数异常时通过发出保护控制指令断开第一开关器件、第三开关器件和第四开关器件，使得整个变换电路进入保护状态，大大提高使用安全性。附图说明图1为本专利技术的高变比双向直流变换电路。图2为本专利技术的等效高变比降压正向变换电路。图3为本专利技术的等效高变比升压反向变换电路。图4为本专利技术的等效常规变比降压正向变换电路。图5为本专利技术的等效常规变比升压反向变换电路。图6为本专利技术的高变比双向直流变换电路控制方法流程图。具体实施方式为了加深对本专利技术的理解和认识，下面结合附图对本专利技术作进一步描述和介绍。如图1所示，一种高变比双向直流变换电路，包括第一开关器件S1、第二开关器件S2、第三开关器件S3、第四开关器件S4、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、第一二极管D1、第二二极管D2组成，其中，第一开关器件S1、第二开关器件S2、第三开关器件S3、第四开关器件S4可采用IGBT、MOSFET以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高变比双向直流变换电路，其特征在于：包括第一至第四开关器件、第一至第四电容、第一至第四电感和第一至第二二极管，第一开关器件的一端连接直流输入的正极端，另一端连接第一二极管的负极，直流输入的正极端和负极端与第一电容并联，第一二极管的正极连接直流输入的负极端，第一电感、第二电感和第四电感顺次串联连接，第一电感连接第一开关器件，第四电感连接直流输出的正极端，第二开关器件的两端分别连接第一电感和第一二极管的正极，第四开关器件串联连接在第二电感和第四电感之间，第三开关器件的一端连接在第一电感和第二电感之间，第三开关器件的另一端连接在第四电感和第四开关器件之间，第三电感的一端连接第二开关器件，第三电感的另一端连接第二二极管的正极，第二二极管的负极连接在第四开关器件和第四电感之间，第二电容的一端连接在第一电感和第二电感之间，另一端连接在第三电感和第二二极管的正极之间，第三电容的一端连接在第二电感和第四开关器件之间，另一端连接在第三电感和第二开关器件之间，第四电容与直流输出的正极端和负极端并联；通过对第一至第四开关器件的不同状态进行控制以实现电路的双向变换功能。/n

【技术特征摘要】
1.一种高变比双向直流变换电路，其特征在于：包括第一至第四开关器件、第一至第四电容、第一至第四电感和第一至第二二极管，第一开关器件的一端连接直流输入的正极端，另一端连接第一二极管的负极，直流输入的正极端和负极端与第一电容并联，第一二极管的正极连接直流输入的负极端，第一电感、第二电感和第四电感顺次串联连接，第一电感连接第一开关器件，第四电感连接直流输出的正极端，第二开关器件的两端分别连接第一电感和第一二极管的正极，第四开关器件串联连接在第二电感和第四电感之间，第三开关器件的一端连接在第一电感和第二电感之间，第三开关器件的另一端连接在第四电感和第四开关器件之间，第三电感的一端连接第二开关器件，第三电感的另一端连接第二二极管的正极，第二二极管的负极连接在第四开关器件和第四电感之间，第二电容的一端连接在第一电感和第二电感之间，另一端连接在第三电感和第二二极管的正极之间，第三电容的一端连接在第二电感和第四开关器件之间，另一端连接在第三电感和第二开关器件之间，第四电容与直流输出的正极端和负极端并联；通过对第一至第四开关器件的不同状态进行控制以实现电路的双向变换功能。


2.如权利要求1所述的一种高变比双向直流变换电路，其特征在于，所述第一至第四开关器件的不同状态由PWM信号控制。


3.如权利要求2所述的一种高变比双向直流变换电路，其特征在于，所述第一开关器件、第一二极管、第一电感、第二开关器件、第二电感、第三电感、第二电容、第三电容、第四开关器件、第二二极管和第四电感组成高变比的双向升降压电路；其中，由第一开关器件、第一二极管、第一电感、第二电感、第四开关器件、第二二极管和第四电感组成高变比降压正向变换电路，由第四电容、第四电感、第四开关器件、第二电感、第三电感、第二电容、第三电容、第二开关器件、第一电感、第一二极管组成高变比的升压反向变换电路。


4.如权利要求3所述的一种高变比双向直流变换电路，其特征在于，所述高变比降压正向变换电路工作时，第一开关器件和第四开关器件由PWM信号控制，调节各自控制信号PWM的占空比d1和d4即可实现不同降压比的变换；所述高变比升压反向变换电路工作时，第二开关器件由PWM信号控制，通过调节的PWM控制信号占空比d2即可调节升压变换比。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪义旺，张波，宋佳，
申请(专利权)人：苏州市职业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32