一种可用于电池的直流双向变换电路及其控制方法技术

本申请涉及一种可用于电池的直流双向变换电路及其控制方法，它包括两个直流源、输入和输出滤波电容、降压开关、两个续流开关、储能电感和控制单元；输入和输出滤波电容分别与两个直流源连接；降压开关与高压直流源、储能电感连接；第一续流开关与储能电感连接，第二续流开关与两个直流源连接；输出滤波电容与两个续流开关连接；控制单元与两个直流源、降压开关和两个续流开关连接。本发明专利技术通过控制单元判断工作模式并控制降压开关和两个续流开关在相应的模式下工作，可以有效提升实现更宽范围的升压、获得更大的升压增益和降压占空比以及较小的降压衰减，从而更好的满足诸如电池类较宽电压范围的产品的使用，获得更好的性价比。获得更好的性价比。获得更好的性价比。

【技术实现步骤摘要】
一种可用于电池的直流双向变换电路及其控制方法


[0001]本申请涉及开关电源和电池用变换器
，具体涉及一种可用于电池的直流双向变换电路及其控制方法。

技术介绍

[0002]随着动力电池的应用越来越多，需要利用直流对电池或电池组进行充电或放电，而1.5V～5V的电池或多电芯电池组的电压范围较宽，实际使用中需要对类似电池或电池组的宽范围直流电源或等效负载进行供电或者放电，传统的电池变换电路则是采用最简单的BUCK/BOOST(降压/升压)电路，由于电压范围需要从1.5V升到14V或者从14V降为1.5V，传统的电路会在电路变换中出现占空比＞90％并趋近1的情况，或者是低于10％并趋近0的情况，从而导致占空比调节有限，电路元件不好选取，或者效率相对低下，纹波电流较大等不利影响。因此采用传统的降压/升压变换器会受到限制。为了改变这种特定应用场景的使用局限，有的人尝试用隔离型的变压器方案，即利用变压器匝比可以变压的原理，将低压升为高压，从而尽可能的避免前述的电路变换中占空比较为极限的情况；但是该方案在低电压情况下因为大电流会出现变换器较大的导通损耗，同时因为隔离变换器较为复杂，相比非隔离型变换器又引入新的损耗，同时成本也会有较大的增加，在实际方案中也不是性价比高的优选方案，因此有必要专利技术一种新的电路，既可以相对普通的非隔离型BUCK/BOOST电路成本和效率没有较大改变，但同时又可以解决低电压大电流及宽范围升降压的占空比问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于，提供一种可用于电池的直流双向变换电路及其控制方法，可以有效提升实现更宽范围的升压、获得更大的升压增益和降压占空比以及较小的降压衰减，从而更好的满足诸如电池类较宽电压范围的产品的使用，获得更好的性价比。
[0004]本专利技术采取的一种技术方案是：一种可用于电池的直流双向变换电路，包括高压直流源、输入滤波电容、降压开关、第一续流开关、第二续流开关、储能电感、输出滤波电容、低压直流源和控制单元；所述输入滤波电容的两端与高压直流源的正负端连接；所述降压开关与高压直流源、储能电感和控制单元连接；所述第一续流开关与储能电感和控制单元连接，所述第二续流开关与高压直流源的负端、低压直流源的正端和控制单元连接；所述输出滤波电容两端分别与第一续流开关和第二续流开关连接，并且还与低压直流源的正负端连接；所述控制单元还与高压直流源和低压直流源连接。
[0005]进一步地，所述储能电感由两个高度紧密耦合的耦合绕组组成或由两个单独的电感组成；当所述储能电感为两个高度紧密耦合的耦合绕组时，两个耦合绕组的匝数和电感量均相同；当所述储能电感为单独的电感时，两个电感的电感量相同；第一续流开关与两个耦合绕组或两个电感的同名端连接；第二续流开关与两个耦合绕组或两个电感的异名端连接。
[0006]进一步地，所述降压开关与高压直流源的正端或负端连接；当降压开关与高压直流源的正端连接时，降压开关与第一耦合绕组或第一电感的同名端连接；当降压开关与高压直流源的负端连接时，降压开关与第二耦合绕组或第二电感的异名端连接。
[0007]进一步地，所述降压开关、第一续流开关和第二续流开关为具备反向并联二极管的可以高频开通和关断的开关管或二极管；所述反向并联二极管为集成二极管、寄生二极管或外加的单独二极管；所述输入滤波电容和输出滤波电容为小容量高频无极性电容或大容量的电解电容。
[0008]进一步地，所述控制单元包括信号采样单元、运算处理单元、驱动单元和辅助电源；信号采样单元的信号采样母线、辅助电源的电源母线及驱动单元的驱动信号分别与高压直流源、低压直流源、降压开关及续流开关连接。
[0009]本专利技术采取的另一种技术方案是：一种可用于电池的直流双向变换电路的控制方法，用于控制上述技术方案所述的直流双向变换电路，包括以下步骤：
[0010]S1：控制单元检测高压直流源电压信号和低压直流源电压信号或接收外部通讯命令；
[0011]S2：控制单元判断工作模式为升压模式或降压模式；当所需输出电源电压比输入电源电压高，则为升压模式，当所需输出电源电压比输入电源电压低，则为降压模式；
[0012]S3：控制单元对降压开关、第一续流开关、第二续流开关施加对应的驱动控制信号，控制降压开关、第一续流开关、第二续流开关在相应的模式下工作。
[0013]进一步地，当控制单元判定直流双向变换电路需要工作在升压区间时候，第一续流开关和第二续流开关工作于升压模式，此时降压开关被等效当作二极管使用，控制单元对第一续流开关和第二续流开关施加PWM驱动信号，使第一续流开关和第二续流开关对储能电感进行储能，实现升压；
[0014]当控制单元判定直流双向变换电路需要工作在降压区间时候，降压开关工作于降压模式，控制单元对降压开关施加PWM驱动信号，使降压开关进行降压工作，此时第一续流开关和第二续流开关被当作续流二极管使用。
[0015]进一步地，当降压开关、第一续流开关和第二续流开关被等效当作二极管使用，且降压开关、第一续流开关和第二续流开关具有MOSFET管的功能时，在降压开关、第一续流开关和第二续流开关导通的时候，对降压开关、第一续流开关和第二续流开关施加PWM驱动信号，实现同步整流功能，减少二极管导通损耗。
[0016]本专利技术的有益效果在于：
[0017](1)相比于现有技术，本专利技术可通实现更宽范围的升压，获得更大的增益，从而输出稳定的电压；并使得降压衰减比减小，从而实现更大的占空比导通，减小电感续流纹波电流，降低续流损耗，实现高效率；相比传统的需两级稳压器体积更小，性价比更高；
[0018](2)本专利技术具有升压和降压两种工作模式，在升压模式下，两个耦合绕组或电感可以并联储能，在释能的时候，两个耦合绕组或电感在电路中构成串联关系，从而提高升压比；在降压模式下，两个耦合绕组或电感在回路中构成串联分压及储能，在释能的时候，两个耦合绕组或电感在电路中构成并联续流关系，从而降低降压衰减比；本专利技术可实现宽范围内的升压比或者降压比的有效扩展，有效改变了这两种模式下的损耗，实现效率提升和节能。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0020]图1为本专利技术实施例1的电路结构示意图；
[0021]图2为本专利技术实施例1控制单元的结构框图；
[0022]图3为本专利技术实施例1的降压模式工作示意图；
[0023]图4为本专利技术实施例1的升压模式工作示意图。
具体实施方式
[0024]为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行进一步的详细描述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可用于电池的直流双向变换电路，其特征在于，包括高压直流源、输入滤波电容、降压开关、第一续流开关、第二续流开关、储能电感、输出滤波电容、低压直流源和控制单元；所述输入滤波电容的两端与高压直流源的正负端连接；所述降压开关与高压直流源、储能电感和控制单元连接；所述第一续流开关与储能电感和控制单元连接，所述第二续流开关与高压直流源的负端、低压直流源的正端和控制单元连接；所述输出滤波电容两端分别与第一续流开关和第二续流开关连接，并且还与低压直流源的正负端连接；所述控制单元还与高压直流源和低压直流源连接。2.根据权利要求1所述的一种可用于电池的直流双向变换电路，其特征在于，所述储能电感由两个高度紧密耦合的耦合绕组组成或由两个单独的电感组成；当所述储能电感为两个高度紧密耦合的耦合绕组时，两个耦合绕组的匝数和电感量均相同；当所述储能电感为单独的电感时，两个电感的电感量相同；第一续流开关与两个耦合绕组或两个电感的同名端连接；第二续流开关与两个耦合绕组或两个电感的异名端连接。3.根据权利要求2所述的一种可用于电池的直流双向变换电路，其特征在于，所述降压开关与高压直流源的正端或负端连接；当降压开关与高压直流源的正端连接时，降压开关与第一耦合绕组或第一电感的同名端连接；当降压开关与高压直流源的负端连接时，降压开关与第二耦合绕组或第二电感的异名端连接。4.根据权利要求1所述的一种可用于电池的直流双向变换电路，其特征在于，所述降压开关、第一续流开关和第二续流开关为具备反向并联二极管的可以高频开通和关断的开关管或二极管；所述反向并联二极管为集成二极管、寄生二极管或外加的单独二极管；所述输入滤波电容和输出滤波电容为小容量高频无极性电容或大容量的电解电容。5.根据权利要求1所述的一种可用于电池的直流双向变换电路，其特征在于，所述控制单元包括信号采样...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘斌，陈乾宏，李婞慧，
申请(专利权)人：深圳市迪威电气有限公司，
类型：发明
国别省市：