一种双向DC-DC变换电路及其控制方法和充电装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种适于实现宽范围调压且具有软开关特性的双向DC

【技术实现步骤摘要】
一种双向DC
‑
DC变换电路及其控制方法和充电装置


[0001]本专利技术涉及充电桩系统
，尤其涉及一种双向DC
‑
DC变换电路及其控制方法和充电装置。

技术介绍

[0002]如今新能源电动汽车行业在飞速发展，在电动汽车的充电桩系统中，主要包括AC
‑
DC变换器(下称为PFC模块)和DC
‑
DC变换器，而DC
‑
DC变换电路作为核心部件之一，主要用于匹配电动汽车的电池电压并调节对应的输出电压。传统充电桩系统的电能流动方向通常是单向的，电动汽车只作为一个负载，在电网波动时充电桩系统不能随之动态变化，导致充电桩系统的稳定性大大降低。
[0003]对此，现有技术提出了基于LLC谐振腔的双向DC
‑
DC变换器，其包括两个由MOS管构成的全桥电路、一个LLC谐振腔和一个隔离变压器，两个全桥电路的一端分别连接于隔离变压器的两侧且两个全桥电路的另一端分别连接PFC模块的输出端和电池，并通过上位机控制器对两个全桥电路的MOS管进行开关控制以实现对电能流向的双向控制，换言之，双向DC
‑
DC变换器在充电模式和放电模式两种模式中切换工作状态。上述双向DC
‑
DC变换电路通过频率调制的方式对输出电压进行调节，且在充电模式下可以通过控制开关频率高于LLC谐振腔的谐振频率，保证各PFC侧和电池侧的两个全桥电路中各MOS管的软开关。
[0004]然而，上述双向DC
‑/>DC变换器在结构上天然地存在电池侧的输出电压的调压范围较窄的缺陷，尤其是当电池侧的电压较低时，采用频率调制的调压方式不仅无法达到对应的输出电压，还可能会引起硬开关。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服
技术介绍
中存在的至少一种缺陷或问题，提供一种双向DC
‑
DC变换电路及其控制方法和充电装置，其适于实现较宽的调压范围。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的第一方面提供了一种双向DC
‑
DC变换电路，用于实现第一DC电源和第二DC电源间电能的双向流动；包括：第一开关网络和第二开关网络，其均连接所述第一DC电源且均包括若干彼此耦合的可控开关；第三开关网络，其连接所述第二DC电源且包括若干彼此耦合的可控开关；其还具有三个彼此并联的开关桥臂，每一开关桥臂均包括两个串联的可控开关并界定出位于该两个可控开关间的桥臂中点；和两个变压器，其第一侧绕组分别连接所述第一开关网络和第二开关网络，其第二侧绕组相连且界定出分别连接所述第三开关网络的三个桥臂中点的两个非公共端和一个公共端。
[0007]进一步的，所述第一DC电源具有正电平端、中性点端和负电平端；所述第一开关网络为全桥开关网络，其包括均被配置为可控开关的第一开关、第二开关、第三开关和第四开关；所述第一开关与第三开关、第二开关与第四开关分别串联并构成开关桥臂；所述第一开关和第二开关均连接所述第一DC电源的正电平端，所述第三开关和第四开关均连接所述第一DC电源的中性点端；所述第二开关网络为全桥开关网络，其包括均被配置为可控开关的
第五开关、第六开关、第七开关和第八开关；所述第五开关与第七开关串联并构成开关桥臂，所述第六开关与第八开关串联并构成开关桥臂；所述第五开关和第六开关均连接所述第一DC电源的中性点端，所述七开关和第八开关均连接所述第一DC电源的负电平端；所述第三开关网络包括均被配置为可控开关的第九开关、第十开关、第十一开关、第十二开关、第十三开关和第十四开关；所述第九开关与第十开关、第十一开关与第十二开关、第十三开关与第十四开关分别串联并构成开关桥臂；所述第九开关、第十一开关和第十三开关均连接所述第二DC电源的一端，所述第十开关、第十二开关和第十四开关均连接所述第二DC电源的另一端；两个所述变压器分别为第一变压器和第二变压器；所述第一变压器的第一侧绕组的同名端连接所述第二开关与第四开关的公共点，所述第一变压器的第一侧绕组的异名端连接所述第一开关与第三开关的公共点，所述第一变压器的第二侧绕组的同名端连接所述第十一开关与第十二开关的公共点，所述第一变压器的第二侧绕组的异名端连接所述第九开关与第十开关的公共点；所述第二变压器的第一侧绕组的同名端连接所述第六开关与第八开关的公共点，所述第二变压器的第一侧绕组的异名端连接所述第五开关与第七开关的公共点，所述第二变压器的第二侧绕组的同名端连接所述第九开关与第十开关的公共点，所述第二变压器的第二侧绕组的异名端连接所述第十三开关与第十四开关的公共点。
[0008]进一步的，各所述可控开关均为MOS管。
[0009]进一步的，还包括：第一谐振槽，其由第一电感和第一电容构成，所述第一电感的两端分别连接所述第一变压器的第一侧绕组的同名端和所述第二开关与第四开关的公共点，所述第一电容的两端分别连接所述第一变压器的第一侧绕组的异名端和所述第一开关与第三开关的公共点；第二谐振槽，其由第二电感和第二电容构成，所述第二电感的两端分别连接所述第二变压器的第一侧绕组的同名端和所述第六开关与第八开关的公共点，所述第二电容的两端分别连接所述第二变压器的第一侧绕组的异名端和所述第五开关与第七开关的公共点；第三谐振槽，其由第三电容构成，所述第三电容的两端分别连接所述第一变压器的第二侧绕组的同名端和所述第十一开关与第十二开关的公共点；和第四谐振槽，其由第四电容构成，所述第四电容的两端分别连接所述第二变压器的第二侧绕组的异名端和所述第十三开关与第十四开关的公共点。
[0010]为实现上述目的，本专利技术的第二方面提供了一种双向DC
‑
DC变换电路的控制方法，所述双向DC
‑
DC变换电路为如上述技术方案所述的双向DC
‑
DC变换电路，且定义所述第三开关网络中连接两个所述变压器的公共端的桥臂为第一桥臂；所述方法包括：获取流向指令和所述第二DC电源的电压；其中，所述流向指令用于指示所述双向DC
‑
DC变换电路的工作流向；根据所述第二DC电源的电压，切换所述双向DC
‑
DC变换电路处于第一连接状态或第二连接状态；其中，在第二DC电源处于高压模式时，所述双向DC
‑
DC变换电路处于第一连接状态，所述第一桥臂不工作；在第二DC电源处于低压模式时，所述双向DC
‑
DC变换电路处于第二控制模式，所述第一桥臂工作；通过控制环路确定与所述流向指令对应的流入侧开关网络的开关频率，并根据所述开关频率、所述流向指令和所述双向DC
‑
DC变换电路所处的连接状态，确定各所述开关网络的驱动相位差；根据所述开关频率和驱动相位差对各所述开关网络的对应可控开关进行驱动控制。
[0011]进一步的，所述控制环路为用于控制所述双向DC
‑
DC变换电路的输出电压的控制环路。
[0012]进一步的，在所述流向指令为由所述第一DC电源流向第二DC电源时，对应的流入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双向DC
‑
DC变换电路，用于实现第一DC电源和第二DC电源间电能的双向流动；其特征在于，包括：第一开关网络和第二开关网络，其均连接所述第一DC电源且均包括若干彼此耦合的可控开关；第三开关网络，其连接所述第二DC电源且包括若干彼此耦合的可控开关；其还具有三个彼此并联的开关桥臂，每一开关桥臂均包括两个串联的可控开关并界定出位于该两个可控开关间的桥臂中点；和两个变压器，其第一侧绕组分别连接所述第一开关网络和第二开关网络，其第二侧绕组相连且界定出分别连接所述第三开关网络的三个桥臂中点的两个非公共端和一个公共端。2.如权利要求1所述的一种双向DC
‑
DC变换电路，其特征在于：所述第一DC电源具有正电平端、中性点端和负电平端；所述第一开关网络为全桥开关网络，其包括均被配置为可控开关的第一开关、第二开关、第三开关和第四开关；所述第一开关与第三开关、第二开关与第四开关分别串联并构成开关桥臂；所述第一开关和第二开关均连接所述第一DC电源的正电平端，所述第三开关和第四开关均连接所述第一DC电源的中性点端；所述第二开关网络为全桥开关网络，其包括均被配置为可控开关的第五开关、第六开关、第七开关和第八开关；所述第五开关与第七开关串联并构成开关桥臂，所述第六开关与第八开关串联并构成开关桥臂；所述第五开关和第六开关均连接所述第一DC电源的中性点端，所述七开关和第八开关均连接所述第一DC电源的负电平端；所述第三开关网络包括均被配置为可控开关的第九开关、第十开关、第十一开关、第十二开关、第十三开关和第十四开关；所述第九开关与第十开关、第十一开关与第十二开关、第十三开关与第十四开关分别串联并构成开关桥臂；所述第九开关、第十一开关和第十三开关均连接所述第二DC电源的一端，所述第十开关、第十二开关和第十四开关均连接所述第二DC电源的另一端；两个所述变压器分别为第一变压器和第二变压器；所述第一变压器的第一侧绕组的同名端连接所述第二开关与第四开关的公共点，所述第一变压器的第一侧绕组的异名端连接所述第一开关与第三开关的公共点，所述第一变压器的第二侧绕组的同名端连接所述第十一开关与第十二开关的公共点，所述第一变压器的第二侧绕组的异名端连接所述第九开关与第十开关的公共点；所述第二变压器的第一侧绕组的同名端连接所述第六开关与第八开关的公共点，所述第二变压器的第一侧绕组的异名端连接所述第五开关与第七开关的公共点，所述第二变压器的第二侧绕组的同名端连接所述第九开关与第十开关的公共点，所述第二变压器的第二侧绕组的异名端连接所述第十三开关与第十四开关的公共点。3.如权利要求2所述的一种双向DC
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DC变换电路，其特征在于：各所述可控开关均为MOS管。4.如权利要求2或3所述的一种双向DC
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DC变换电路，其特征在于，还包括：第一谐振槽，其由第一电感和第一电容构成，所述第一电感的两端分别连接所述第一变压器的第一侧绕组的同名端和所述第二开关与第四开关的公共点，所述第一电容的两端
分别连接所述第一变压器的第一侧绕组的异名端和所述第一开关与第三开关的公共点；第二谐振槽，其由第二电感和第二电容构成，所述第二电感的两端分别连接所述第二变压器的第一侧绕组的同名端和所述第六开关与第八开关的公共点，所述第二电容的两端分别连接所述第二变压器的第一侧绕组的异名端和所述第五开关与第七开关的公共点；第三谐振槽，其由第三电容构成，所述第三电容的两端分别连接所述第一变压器的第二侧绕组的同名端和所述第十一开关与第十二开关的公共点；和第四谐振槽，其由第四电容构成，所述第四电容的两端分别连接所述第二变压器的第二侧绕组的异名端和所述第十三开关与第十四开关的公共点。5.一种双向DC
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DC变换电路的控制方法，其特征在于：所述双向DC
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DC变换电路为如权利要求4所述的双向DC
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DC变换电路，且定义所述第三开关网络中连接两个所述变压器的公共端的桥臂为第一桥臂；所述方法包括：获取流向指令和所述第二DC电源的电压；其中，所述流向指令用于指示所述双向DC
‑
DC变换电路的工作流向；根据所述第二DC电源的电压，切换所述双向DC
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DC变换电路处于第一连接状态或第二连接状态；其中，在第二DC电源处于高压模式时，所述双向DC
‑
DC变换电路处于第一连接状态，所述第一桥臂不工作；在第二DC电源处于低压模式时，所述双向DC
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DC变换电路处于第二控制模式，所述第一桥臂工作；通过控制环路确定与所述流向指令对应的流入侧开关网络的开关频率，并根据所述开关频率、所述流向指令和所述双向DC
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DC变换电路所处的连接状态，确定各所述开关网络的驱动相位差；根据所述开关频率和驱动相位差对各所述开关网络的对应可控开关进行驱动控制。6.如权利要求5所述的一种双向DC
‑
DC变换电路的控制方法，其特征在于：所述控制环路为用于控制所述双向DC
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【专利技术属性】
技术研发人员：梁舒展，樊志强，付君宇，张超华，
申请(专利权)人：佛山科恒智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：