一种充电机的双向DC-DC变换器电路制造技术

本发明专利技术公开了一种充电机的双向DC

【技术实现步骤摘要】
一种充电机的双向DC
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DC变换器电路


[0001]本专利技术涉及蓄电池充放电领域，尤其涉及一种充电机的双向DC
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DC变换器电路。

技术介绍

[0002]随着蓄电池和超级电容器在轨道交通和新能源等领域的广范使用，对高效双向的隔离型充电机的需求越来越迫切。本专利技术涉及双向隔离型充电机系统，适用于所有需要隔离的充电机系统应用领域。充电机技术主要是针对蓄电池的充电特性曲线，进行高效的电能变换。但是在蓄电池的维护过程中，需要对其进行充放电的操作，以往的做法是让蓄电池从电网中获取能量，放电时通过电阻将能量消耗掉。这种做法不仅造成大量的能量浪费，而且对于环境也有着不好的影响。因此单向DC
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DC变换器逐渐向双向DC
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DC变换器发展，隔离型双向DC
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DC变换器的充电机能够实现电压的变换和能量的双向流动。基于隔离双向DC
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DC变换器构成双向隔离型充电机系统。
[0003]传统的双向DC
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DC变换器有很多拓扑结构，其中隔离型的BDC主要有五种，分别是：正激拓扑，反激拓扑，推挽拓扑，半桥拓扑和全桥拓扑。目前在充电机系统中应用最为广泛的是双向全桥变换器，它也是最具代表性和应用最多的大功率隔离的双向DC
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DC变换器。该拓扑最好用的控制方式为移相控制，由于移相控制是通过移相角在电感L两端产生电压差来传递能量，在电流经过电感后会产生一定的相位滞后，导致变压器两侧的电压、电流存在一定的相位差。其相位差的存在会导致这部分能量无法传递给负载，在变换器中产生功率回流现象。该回流能量的存在导致系统产生无功损耗，降低了变换器效率，不利于系统优化。除此之外，双向全桥变换器还存在开关管在电流最大时关断的问题，且无法在全功率范围内实现软开关。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种充电机的双向DC
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DC变换器电路，以克服电流经过电感后会产生相位滞后，导致变压器两侧的电压、电流存在相位差等技术问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0006]一种充电机的双向DC
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DC变换器电路，用于充电机系统中对蓄电池进行充放电的电源转换电路和充电机系统中电源的转换电路，包括：依次顺序连接的输入EMC处理电路、输入防反接和缓起电路、输入滤波储能电路、CLLC谐振隔离型双向DC
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DC变换电路和输出滤波储能电路；
[0007]输入EMC处理电路采用两级滤波结构，用于接收来自于前级PFC电路输出的直流信号并滤除直流信号中的干扰信号，再经输入防反接和缓起电路抑制输入端的浪涌电流及冲击信号后，由输入滤波储能电路将直流信号输入到CLLC谐振隔离型双向DC
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DC变换电路中，进而传输到输出滤波储能电路中。
[0008]进一步的，所述CLLC谐振隔离型双向DC
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DC变换电路包括主拓扑电路和控制电路；
[0009]所述主拓扑电路包括原边全桥斩波/整流单元、谐振腔单元和副边全桥整流/斩波
单元；
[0010]所述原边全桥斩波/整流单元为GAN器件的开关管组成的全桥结构，由控制电路控制开关管的开通和关断，用于将来自所述输入滤波储能电路的直流信号转化为方波电压信号；
[0011]所述谐振腔单元包括变压器Tr、谐振电感Lr、励磁电感Lm以及高低压侧的第一谐振电容Cr1和第二谐振电容Cr2；所述变压器Tr用于将原边全桥斩波/整流单元和副边全桥整流/斩波单元的输入端与输出端隔离及储能，所述谐振电感Lr与第一谐振电容Cr1和第二谐振电容Cr2用于原边全桥斩波/整流单元与副边全桥整流/斩波单元发生谐振，以实现开关管处于ZVS和ZCS模式，其中，第一谐振电容Cr1和第二谐振电容Cr2还用于原边全桥斩波/整流单元与副边全桥整流/斩波单元发生的隔直；
[0012]所述副边全桥整流/斩波单元为GAN器件的开关管组成的全桥结构，由控制电路控制开关管的开通和关断，用于将变压器Tr副边交流信号转化为直流信号传输到所述输出滤波储能电路。
[0013]进一步的，所述控制电路包括主控单元、驱动电路和采样电路；
[0014]所述主控单元用于采集原边全桥斩波/整流单元和副边全桥整流/斩波单元的输入、输出端电压值和电流值，通过PI控制，调节GAN器件的开关频率，调节原边全桥斩波/整流单元和副边全桥整流/斩波单元输出电压大小，从而使输出电压稳定在设定值；
[0015]所述驱动电路用于控制GAN器件的通断；
[0016]所述采样电路用于对原边全桥斩波/整流单元和副边全桥整流/斩波单元的输入端和输出端的直流电压电流信号进行采集，采集后的直流电压电流信号进入模拟量数字量转换单元。
[0017]进一步的，所述采样电路包括隔离放大单元和模拟量数字量转换单元；
[0018]所述隔离放大单元用于对原边全桥斩波/整流单元和副边全桥整流/斩波单元的输入端电压值进行信号整定，并传输给所述模拟量数字量转换单元，所述模拟量数字量转换单元将整定后的电压值信号传输到所述主控单元为现场可编程门阵列。
[0019]进一步的，所述主控单元采用电隔离驱动单元控制GAN器件的通断。
[0020]进一步的，所述主控单元为现场可编程门阵列FPGA。
[0021]进一步的，采用宽禁带半导体器件氮化镓器件作为原边全桥斩波/整流单元和副边全桥整流/斩波单元的开关管。
[0022]进一步的，所述隔离放大单元为ISO224隔离放大器。
[0023]进一步的，所述模拟量数字量转换单元为AD7606芯片。
[0024]进一步的，所述电隔离驱动单元为1EDF5673F芯片。
[0025]有益效果：本专利技术提供的一种充电机的双向DC
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DC变换器电路，该电路通过主控芯片FPGA进行整体的双向DC
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DC变换器控制。变换器拓扑采用CLLC谐振型拓扑结构，FPGA通过控制原边全桥斩波/整流单元将充电机系统的前级PFC电路输出的400VDC信号转化为高频方波信号，再通过CLLC谐振腔转变为高频交流信号，通过变压器传递到副边全桥整流/斩波单元，FPGA再通过驱动芯片控制副边的GAN开关管进行同步整流控制，将高频交流信号整流为直流信号，再通过滤波电路得到稳定的直流信号，给蓄电池充电。同时该电路还可以反向工作，将蓄电池的输出通过电路回馈到供电母线上，反向工作状态与同向时保持一致。采用
该种电路结构及控制方式，能够实现对称双向工作，而且能够较大的提升系统工作的性能，减低相位差，提高转换的效率。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种充电机的双向DC
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DC变换器电路，用于充电机系统中对蓄电池进行充放电的电源转换电路和充电机系统中电源的转换电路，其特征在于，包括：依次顺序连接的输入EMC处理电路、输入防反接和缓起电路、输入滤波储能电路、CLLC谐振隔离型双向DC
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DC变换电路和输出滤波储能电路；输入EMC处理电路采用两级滤波结构，用于接收来自于前级PFC电路输出的直流信号并滤除直流信号中的干扰信号，再经输入防反接和缓起电路抑制输入端的浪涌电流及冲击信号后，由输入滤波储能电路将直流信号输入到CLLC谐振隔离型双向DC
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DC变换电路中，进而传输到输出滤波储能电路中。2.如权利要求1所述的一种充电机的双向DC
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DC变换器电路，其特征在于：所述CLLC谐振隔离型双向DC
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DC变换电路包括主拓扑电路和控制电路；所述主拓扑电路包括原边全桥斩波/整流单元、谐振腔单元和副边全桥整流/斩波单元；所述原边全桥斩波/整流单元为GAN器件的开关管组成的全桥结构，由控制电路控制开关管的开通和关断，用于将来自所述输入滤波储能电路的直流信号转化为方波电压信号；所述谐振腔单元包括变压器Tr、谐振电感Lr、励磁电感Lm以及高低压侧的第一谐振电容Cr1和第二谐振电容Cr2；所述变压器Tr用于将原边全桥斩波/整流单元和副边全桥整流/斩波单元的输入端与输出端隔离及储能，所述谐振电感Lr与第一谐振电容Cr1和第二谐振电容Cr2用于原边全桥斩波/整流单元与副边全桥整流/斩波单元发生谐振，以实现开关管处于ZVS和ZCS模式，其中，第一谐振电容Cr1和第二谐振电容Cr2还用于原边全桥斩波/整流单元与副边全桥整流/斩波单元发生的隔直；所述副边全桥整流/斩波单元为GAN器件的开关管组成的全桥结构，由控制电路控制开关管的开通和关断，用于将变压器Tr副边交流信号转化为直流信号传输到所述输出滤波储能电路。3.如权利要求2所述的一种充电机的双向DC
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DC变换器电路，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘佳伟，席赫，王闯，陈铁年，杜振环，
申请(专利权)人：中车大连电力牵引研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：