蓄电池储能系统用双向DC/DC变换器软换流主电路技术方案

本发明专利技术公开了一种蓄电池储能系统用双向DC/DC变换器软换流主电路，其特征在于所述主电路由升压电路和降压电路组成，所述升压电路包括开关管S1、电容C1-C3、电感L1-L3和二极管D1-D3；所述降压电路包括开关管S2、所述电容C1和C3、电容C4、所述电感L1、电感L4-L5和二极管D4-D6；所述主电路不仅解决了开关管S1、S2、主功率二极管D1、D6上很大的电流尖峰和di/dt、du/dt，克服了常规Boost/Buck双向DC/DC变换器主电路中开关管、主功率二极管寿命短、可靠性差等缺点，还减小了系统的电磁干扰，提高了电路工作的安全性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种双向DC/DC变换器主电路，尤其是一种蓄电池储能系统用双向 DC/DC变换器软换流主电路。
技术介绍
实现双向DC/DC变换器主电路的形式有多种，根据蓄电池储能系统中的配置要求，其中Boost/Buck变换器以其变换效率高的特点，是首选的双向DC/DC变换主电路之一。在蓄电池储能系统中，一般采用如图2所示的一种Boost/Buck双向DC/DC变换器主电路，由于双向DC/DC变换器变换传递的功率大(IOOkW以上)，输出电压达400 — 500V, 流过开关管的电流达几百安培。在这种工作条件下，开关管S1A2、主功率二极管D1A2是交替导通的，在所述开关管Sp S2、主功率二极管Dp D2换流过程中，将在开关管Sp S2、主功率二极管DpD2上产生很大的必/流、而/流，特别是当开关管SpS2由截止转为导通，主功率二极管DpD2由导通转为截止的过程中，由于二极管反向导通恢复时间的原因，主功率二极管 Dp D2相当于短路状态，此时，由开关管S1 (S2)、主功率二极管D2 (D1X电容C2 (C1)构成回路，相当于电容C2 (C1)直接短路，并且由于输出电容上的电压达400 - 500V，此时将在开关管Sp S2、主功率二极管DpD2上产生并流过很大的电流尖峰，产生很大的 /流，这种很大的 /流与电流尖峰值不仅造成严重的电磁干扰问题，更严重的是它将造成主功率二极管01、仏的失效损坏，从而造成整个变换电路的故障。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种使用寿命长、可靠性高、电磁干扰小的新型蓄电池储能系统用双向DC/DC变换器主电路。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是所述主电路在主功率二极管 D1和D6上分别串联饱和电感L2、L5，增加了由二极管D2-D3、电容C2、电感L3组成的升压辅助电路和由二极管D4-D5、电容C4、电感L4组成的降压辅助电路。所述主电路由升压电路和降压电路组成，所述升压电路包括开关管S1、电容C1-Cy 电感L1-L3和二极管D1-D3,；所述开关管S1的漏极一路经电感L1接所述蓄电池Ubat的正极， 所述开关管S1的漏极另一路依次经二极管D1、电感L2接所述高压端Uh的正极，所述开关管 S1的漏极第三路依次经二极管D2、D3、电感L3接高压端Uh的正极，所述开关管S1的源极分别与蓄电池Ubat、高压端Uh的负极连接；所述电容C2的一端接二极管D2与D3的结点，其另一端与开关管S1的源极连接；所述电容C1接在蓄电池Ubat的两端；所述电容C3接在高压端 Uh的两端。所述降压电路包括开关管S2、所述电容C1和C3、电容C4、所述电感L1、电感L4-L5和二极管D4-D6,所述开关管S2的漏极接高压端Uh的正极，所述开关管S2的源极经电感L1接蓄电池Ubat的正极，所述开关管S2的源极依次经二极管D6、电感L5接蓄电池Ubat的负极，所述开关管S2的漏极依次经电容C4、二极管D5、电感L4接开关管S2的源极；所述二极管D4的一端接电容C4与二极管D5的结点，其另一端接高压端Uh的负极，蓄电池Ubat的负极与高压端Uh的负极相连接。其工作原理如下 (I)Boost升压状态，开关管S1工作在开关状态，开关管S2完全截止，能量从蓄电池Ubat 流向高压端Uh。当开关管S1由导通转为截止时，相对于电感L1、二极管Dp电感L2、电容C3支路，电感L1、二极管D2、电容C2支路的阻抗更小，此时输入电流I1由开关管S1换流至二极管D2并对电容C2充电，由于电容C2的存在，可对开关管S1的漏极、源极两端电压加以适当的抑制， 起到保护开关管S1的作用；随着电容C2电压逐渐升高，电流I3将逐渐减小，同时电流I2从零开始增加。由于电感L1、二极管込為、电感L3、电容(3支路的阻抗较大，经过一段时间后， 电流I3将下降至零，所有电流全部从二极管D1、电感L2流过，为加快这一过程，还特将电感 L2设为饱和式电感，这样完成开关管S1与二极管D1的换流过程，电容C2上的电量将通过二极管D3、电感L3放电到电容C3，基本维持与电容C3同样的电压值，为下一次的开关管S1、二极管D1换流做好准备。当开关管S1由截止转为导通时，尽管二极管D1存在反向恢复的问题，但由于电感 L2的存在，将使二极管D1上的di/dt和电流尖峰值被抑制在较小的范围内；而对于辅助电路，此时由于二极管D2上已几乎无电流流过，所以不存在反向恢复问题，也没有 / /i和电流尖峰问题。(2)Buck降压状态，开关管S2工作在开关状态，开关管S1完全截止，能量从高压端 Uh流向蓄电池Ubat当开关管S2由导通转为截止时，相对于电容C1、电感L1、二极管D6、电感L5 回路，二极管D4、电容C4、电感L1回路的阻抗更小，此时输入电流I4由开关管S2换流至二极管队并对电容C4充电，由于电容C4的存在，可对开关管S2的漏极、源极两端电压加以适当的抑制，起到保护开关管S2的作用；随着电容C4电压逐渐升高，电流I6将逐渐减小，同时电流I5从零开始增加。由于二极管D4、D5、电感LpL1、电容C1回路的阻抗较大，经过一段时间后，电流I6将下降至零，所有电流全部从电感L5、二极管％流过，为加快这一过程，还特将电感L5设为饱和式电感，这样完成开关管S2与二极管D6的换流过程，电容C4上的电量将通过二极管D5、电感L4放电到电容C1，基本维持与电容C1同样的电压值，为下一次的开关管S2、 二极管D6换流做好准备。当开关管S2由截止转为导通时，尽管二极管D6存在反向恢复的问题，但由于电感 L5的存在，将使二极管D6上的di/dt和电流尖峰值被抑制在较小的范围内；而对于辅助电路，此时由于二极管D4上已几乎无电流流过，所以不存在反向恢复问题，也没有 / /i和电流尖峰问题。采用上述技术方案所产生的有益效果在于如图1所示，所述主电路在主功率二极管D1和D6上分别串联饱和电感L2、L5，增加了由二极管D2-D3、电容C2、电感L3组成的升压辅助电路和由二极管D4-D5、电容C4、电感L4组成的降压辅助电路，所述主电路不仅解决了主功率器件开关管SpS2、主功率二极管DpD6上很大的电流尖峰和di/dt、du/dt,克服了常规Boost/Buck双向DC/DC变换器主电路中主功率器件寿命短、可靠性差等缺点，还减小了系统的电磁干扰，提高了电路工作的安全性和可靠性。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1是本专利技术主电路原理图； 图2是常规双向DC/DC变换器主电路原理图。具体实施例方式为解决常规双向DC/DC变换器主电路的缺点，本专利技术提出了如图1所示的一种主电路，同图2相比，所述主电路在主功率二极管D1和D6上分别串联饱和电感L2、L5,增加了由二极管D2-D3、电容C2、电感L3组成的升压辅助电路和由二极管D4-D5、电容C4、电感L4组成的降压辅助电路。所述主电路由升压电路和降压电路组成，所述升压电路包括开关管S1、电容C1-Cy 电感L1-L3和二极管D1-D3,；所述开关管S1的漏极一路经电感L1接所述蓄电池Ubat的正极， 所述开关管S1的漏极另一路依次经二极管D1、电感L2接所述高压端Uh的正极，所述开关管 S本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种蓄电池储能系统用双向ＤＣ／ＤＣ变换器软换流主电路，其特征在于所述主电路由升压电路和降压电路组成；所述升压电路包括开关管Ｓ１、电容Ｃ１－Ｃ３、电感Ｌ１－Ｌ３和二极管Ｄ１－Ｄ３，；所述开关管Ｓ１的漏极一路经电感Ｌ１接所述蓄电池ＵＢＡＴ的正极，所述开关管Ｓ１的漏极另一路依次经二极管Ｄ１、电感Ｌ２接所述高压端ＵＨ的正极，所述开关管Ｓ１的漏极第三路依次经二极管Ｄ２、Ｄ３、电感Ｌ３接高压端ＵＨ的正极，所述开关管Ｓ１的源极分别与蓄电池ＵＢＡＴ、高压端ＵＨ的负极连接；所述电容Ｃ２的一端接二极管Ｄ２与Ｄ３的结点，其另一端与开关管Ｓ１的源极连接；所述电容Ｃ１接在蓄电池ＵＢＡＴ的两端；所述电容Ｃ３接在高压端ＵＨ的两端；所述降压电路包括开关管Ｓ２、所述电容Ｃ１和Ｃ３、电容Ｃ４、所述电感Ｌ１、电感Ｌ４－Ｌ５和二极管Ｄ４－Ｄ６，所述开关管Ｓ２的漏极接高压端ＵＨ的正极，所述开关管Ｓ２的源极经电感Ｌ１接蓄电池ＵＢＡＴ的正极，所述开关管Ｓ２的源极依次经二极管Ｄ６、电感Ｌ５接蓄电池ＵＢＡＴ的负极，所述开关管Ｓ２的漏极依次经电容Ｃ４、二极管Ｄ５、电感Ｌ４接开关管Ｓ２的源极；所述二极管Ｄ４的一端接电容Ｃ４与二极管Ｄ５的结点，其另一端接高压端ＵＨ的负极，蓄电池ＵＢＡＴ的负极与高压端ＵＨ的负极相连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汪殿龙，胡云岩，王军，张亮，梁志敏，
申请(专利权)人：河北科技大学，
类型：发明
国别省市：13