【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及dc-dc变换器拓扑结构的，尤其是指一种buck-boost的双极性双向输入输出变换器。
技术介绍
1、具备直流功率输出的分布式可再生能源和储能电池等能源设备需要较大的电压跨度和更广泛的电压范围，适应双极性电压以及更宽电压范围的dc-dc变换器的需求与日俱增。在全球环境变化以及新能源广泛应用的背景下，双极性输出的双向dc-dc变换器在储能电源、可再生能源的直流配电等领域展示出广阔的应用前景。
2、传统的四开关buck-boost变换器可以实现输出电压小于等于或大于输入电压的电源应用，在两侧直流电压极性不变的情况下，能够实现能量双向流动。然而，这种变换器的输出电压受限于单极性电压以及其自身的电压增益范围，因此难以适应分布式可再生能源和储能电池系统的宽范围电压需求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种buck-boost的双极性双向输入输出变换器，对传统的四开关buck-boost直流变换器进行了改进，在通过改变占空比实现电压增益稳定可调的同时，实现高频高效率的双极性双向直流变换，大幅提高变换器的电压宽范围配给能力。
2、为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种buck-boost的双极性双向输入输出变换器，包括依次连接的第一滤波电容c1、第一电路单元、储能电感l、第二电路单元和第二滤波电容c2；所述第一滤波电容c1并联连接第一电路单元，所述第一电路单元通过储能电感l与第二电路单元连接，所述第二滤波电容c
3、所述第一电路单元和第二电路单元中至少有一个电路单元采用全桥结构，实现电压的双极性变换和功率流的双向流动，具体为：在功率从第一电路单元流向第二电路单元即功率正向流动时，能够将第一电路单元侧正或负极性的电压变换为第二电路单元侧正或负极性的电压；在功率从第二电路单元侧流向第一电路单元侧即功率反向流动时，能够将第二电路单元侧正或负极性的电压变换为第一电路单元侧正或负极性的电压。
4、优选地，所述第一电路单元为半桥结构，包括串联连接的开关管q1、q2。
5、优选地，所述第一电路单元为全桥结构，包括由串联连接的开关管q1、q2构成的第一半桥和由串联连接的开关管q3、q4构成的第二半桥，所述第一半桥和第二半桥并联连接。
6、优选地，所述第二电路单元为半桥结构，包括串联连接的开关管q5、q6。
7、优选地，所述第二电路单元为全桥结构，包括由串联连接的开关管q5、q6构成的第三半桥和由串联连接的开关管q7、q8构成的第四半桥，所述第三半桥和第四半桥并联连接。
8、优选地，所述第一电路单元的开关管组成了buck单元，所述第二电路单元的开关管组成了boost单元，所述第一电路单元和第二电路单元的中点分别为a和b，定义开关管q1、q2、q5、q6的占空比分别为ds1、ds2、ds5、ds6，对其电路拓扑分析发现，在变换器稳态工作时，一个开关周期内电感电压的平均值为零，即电感l两端电压的平均值相等，因此有：
9、
10、式中，分别为a、b两点的电压平均值，分别表示为：
11、
12、
13、式中，vg为输入电压，vo为输出电压；
14、联立可得变换器的输入电压和输出电压之间的关系，即变换器的增益公式：
15、
16、式中，m为变换器的增益。
17、优选地，当所述第一电路单元采用半桥结构，所述第二电路单元采用全桥结构时，有以下情况：
18、在功率正向流动时，所述第一电路单元中，开关管q1、q2互补导通，通过控制所述第二电路单元中的全桥电路实现电压的双极性输出；
19、当输出正极性电压时，开关管q5、q7互补导通，开关管q6恒导通，开关管q8恒关断；
20、当输出负极性电压时，开关管q6、q8互补导通，开关管q5恒导通，开关管q7恒关断；
21、在功率反向流动时，所述第一电路单元中，开关管q1、q2互补导通，输出单极性电压，通过控制所述第二电路单元中的全桥电路实现电压的双极性输入；
22、当输入电压为正极性，开关管q5、q7互补导通，开关管q6恒导通，开关管q8恒关断；
23、当输入电压为负极性，开关管q6、q8互补导通，开关管q5恒导通，开关管q7恒关断。
24、优选地，当所述第一电路单元采用全桥结构，所述第二电路单元采用半桥结构时，有以下情况：
25、在功率正向流动时，所述第二电路单元中，开关管q5、q6互补导通，输出单极性电压，通过控制所述第一电路单元中的全桥电路实现电压的双极性输入；
26、当输入电压为正极性，开关管q1、q3互补导通，开关管q4恒导通，开关管q2恒关断；
27、当输入电压为负极性，开关管q2、q4互补导通，开关管q3恒导通，开关管q1恒关断；
28、在功率反向流动时，所述第二电路单元中，开关管q5、q6互补导通，通过控制所述第二电路单元中的全桥电路实现电压的双极性输出；
29、当输出正极性电压时，开关管q1、q3互补导通，开关管q4恒导通，开关管q2恒关断；
30、当输出负极性电压时，开关管q2、q4互补导通，开关管q3恒导通，开关管q1恒关断。
31、优选地，当所述第一电路单元采用全桥结构，所述第二电路单元采用全桥结构时，有以下情况：
32、在功率正向流动时，通过控制所述第一电路单元中的全桥电路实现电压的双极性输入，通过控制所述第二电路单元中的全桥电路实现电压的双极性输出；
33、当输入电压为正极性，输出电压为正极性，开关管q1、q3互补导通，开关管q5、q7互补导通，开关管q4、q6恒导通，开关管q2、q8恒关断；
34、当输入电压为正极性，输出电压为负极性，开关管q1、q3互补导通，开关管q6、q8互补导通，开关管q4、q5恒导通，开关管q2、q7恒关断；
35、当输入电压为负极性，输出电压为正极性，开关管q2、q4互补导通，开关管q5、q7互补导通，开关管q3、q6恒导通，开关管q1、q8恒关断；
36、当输入电压为负极性，输出电压为负极性，开关管q2、q4互补导通，开关管q6、q8互补导通，开关管q3、q5恒导通，开关管q1、q7恒关断；
37、在功率反向流动时，通过控制所述第一电路单元中的全桥电路实现电压的双极性输入，通过控制所述第二电路单元中的全桥电路实现电压的双极性输出；
38、当输入电压为正极性，输出电压为正极性，开关管q1、q3互补导通，开关管q5、q7互补导通，开关管q4、q6恒导通，开关管q2、q8恒关断；
39、当输入电压为正极性，输出电压为负极性，开关管q2、q4互补导通，开关管q5、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种buck-boost的双极性双向输入输出变换器，其特征在于：包括依次连接的第一滤波电容C1、第一电路单元、储能电感L、第二电路单元和第二滤波电容C2；所述第一滤波电容C1并联连接第一电路单元，所述第一电路单元通过储能电感L与第二电路单元连接，所述第二滤波电容C2并联连接第二电路单元；所述第一电路单元采用半桥或全桥结构，所述第二电路单元采用半桥或全桥结构；
2.根据权利要求1所述的一种buck-boost的双极性双向输入输出变换器，其特征在于：所述第一电路单元为半桥结构，包括串联连接的开关管Q1、Q2。
3.根据权利要求1所述的一种buck-boost的双极性双向输入输出变换器，其特征在于：所述第一电路单元为全桥结构，包括由串联连接的开关管Q1、Q2构成的第一半桥和由串联连接的开关管Q3、Q4构成的第二半桥，所述第一半桥和第二半桥并联连接。
4.根据权利要求1所述的一种buck-boost的双极性双向输入输出变换器，其特征在于：所述第二电路单元为半桥结构，包括串联连接的开关管Q5、Q6。
5.根据权利要求1所述的一种buck-
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种buck-boost的双极性双向输入输出变换器，其特征在于：所述第一电路单元的开关管组成了Buck单元，所述第二电路单元的开关管组成了Boost单元，所述第一电路单元和第二电路单元的中点分别为A和B，定义开关管Q1、Q2、Q5、Q6的占空比分别为DS1、DS2、DS5、DS6，对其电路拓扑分析发现，在变换器稳态工作时，一个开关周期内电感电压的平均值为零，即电感L两端电压的平均值相等，因此有：
7.根据权利要求1-5任意一项所述的一种buck-boost的双极性双向输入输出变换器，其特征在于：当所述第一电路单元采用半桥结构，所述第二电路单元采用全桥结构时，有以下情况：
8.根据权利要求1-5任意一项所述的一种buck-boost的双极性双向输入输出变换器，其特征在于：当所述第一电路单元采用全桥结构，所述第二电路单元采用半桥结构时，有以下情况：
9.根据权利要求1-5任意一项所述的一种buck-boost的双极性双向输入输出变换器，其特征在于：当所述第一电路单元采用全桥结构，所述第二电路单元采用全桥结构时，有以下情况：
...【技术特征摘要】
1.一种buck-boost的双极性双向输入输出变换器，其特征在于：包括依次连接的第一滤波电容c1、第一电路单元、储能电感l、第二电路单元和第二滤波电容c2；所述第一滤波电容c1并联连接第一电路单元，所述第一电路单元通过储能电感l与第二电路单元连接，所述第二滤波电容c2并联连接第二电路单元；所述第一电路单元采用半桥或全桥结构，所述第二电路单元采用半桥或全桥结构；
2.根据权利要求1所述的一种buck-boost的双极性双向输入输出变换器，其特征在于：所述第一电路单元为半桥结构，包括串联连接的开关管q1、q2。
3.根据权利要求1所述的一种buck-boost的双极性双向输入输出变换器，其特征在于：所述第一电路单元为全桥结构，包括由串联连接的开关管q1、q2构成的第一半桥和由串联连接的开关管q3、q4构成的第二半桥，所述第一半桥和第二半桥并联连接。
4.根据权利要求1所述的一种buck-boost的双极性双向输入输出变换器，其特征在于：所述第二电路单元为半桥结构，包括串联连接的开关管q5、q6。
5.根据权利要求1所述的一种buck-boost的双极性双向输入输出变换器，其特征在于：所述第二电路单元为全桥结构，包括由串联连接的开关管q5、q6构成...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜贵平，陈毓，吴铭涛，唐文涛，陈瑞佳，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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