專利名稱：一種基于耦合電感雙方向dc-dc變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于變換器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于耦合電感雙方向DC-DC變換器。
背景技術(shù)：
雙方向DC-DC變換器主要有電動(dòng)汽車、不間斷電源(UPS)和航空電源系統(tǒng)、太陽(yáng)能 供電系統(tǒng)、艦載電源等應(yīng)用場(chǎng)合。目前在大型電機(jī)設(shè)備中，較多采用超級(jí)電容作為儲(chǔ)能設(shè) 備，通過(guò)雙方向DC-DC變換器控制儲(chǔ)存和回饋電機(jī)的制動(dòng)、發(fā)電的能量來(lái)達(dá)到節(jié)能的目的。目前，雙方向DC-DC變換器多采用非隔離型BUCK/BOOST的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，受拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 的限制，雙向DC-DC變換器主要存在的問(wèn)題是升壓模式的增益偏低，為了提高其增壓比，需 要改變電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這樣會(huì)造成電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，從而導(dǎo)致設(shè)備可靠性降低。雖然通過(guò) 引入變壓器，可提高升壓比，但變壓器體積大、設(shè)計(jì)復(fù)雜，不利于實(shí)現(xiàn)。通過(guò)引入耦合電感也 可提高升壓比，但由于耦合電感漏感的存在，造成開(kāi)關(guān)管電壓應(yīng)力過(guò)大，產(chǎn)生新的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種基于耦合電感雙方向DC-DC變換
ο一種基于耦合電感雙方向DC-DC變換器包括兩個(gè)耦合電感Lp L2，兩個(gè)二極管D1、 D2, 一個(gè)緩沖電容C1,電源\，濾波電容Cd，負(fù)載&和兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)管Swl，Sw2 ；兩個(gè)耦合電感 通過(guò)共用一個(gè)電感磁芯相互耦合在一起。耦合電感L1同名端與電源正極相連接，另一端與 二極管D1陽(yáng)極、二極管&陰極相連接，二極管D1陰極與耦合電感L2同名端相連，耦合電感 L2另一端分別與功率開(kāi)關(guān)管、漏極和Sw2源極相連，Swl源極分別與電容Cd和電容C1相連， 開(kāi)關(guān)管Sw2漏極與電容Cd正極相連，二極管D2的陽(yáng)極接電源Vs負(fù)極，電容C1另一端同時(shí)與 二極管A陽(yáng)極和開(kāi)關(guān)管、源極相連，功率開(kāi)關(guān)管、與電容Cd負(fù)極相連，電容Cd兩端又與 負(fù)載&兩端相連。所述的變換器能夠進(jìn)行升壓模式和降壓模式。該變換器的工作原理在升壓模式，升壓比由開(kāi)關(guān)管、的占空比和耦合電感1^和 L2的匝數(shù)比決定。由于耦合電感漏感的存在，使開(kāi)關(guān)管Swi產(chǎn)生尖峰電壓。通過(guò)引入緩沖電 容C1來(lái)吸收漏感能量，從而可有效降低、尖峰電壓應(yīng)力。另外，由于二極管D1阻止電容C1 向輸入端放電，所以緩沖電容C1所蓄積的漏感能量通過(guò)電感L2全部傳送給負(fù)載，從而提高 變換器的效率。在降壓模式，電容Cd —側(cè)為電源Vs傳送能量，電源Vs被充電。在開(kāi)關(guān)管Sw2導(dǎo)通 期間，電容Cd將能量傳輸給電感L2和電容C115在開(kāi)關(guān)管Sw2關(guān)斷期間，開(kāi)通開(kāi)關(guān)管Swl，電感 L2將能量傳輸給電感U。通過(guò)設(shè)置二極管D2,使電感L1持續(xù)為電源Vs充電。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)該變換器利用耦合電感提高了變換器升壓比，通過(guò)緩沖電容吸收 耦合電感的漏感能量，從而可有效降低開(kāi)關(guān)管的峰值電壓應(yīng)力。由于二極管D1阻止電容C1 向輸入端放電，所以緩沖電容C1所蓄積的能量(含漏感能量)通過(guò)電感耦合電感全部傳送給負(fù)載，從而提高變換器的效率。


圖1是基于耦合電感的雙向DC-DC變換器的電路圖
圖2是升壓工作模式1等效電路圖3是升壓工作模式2等效電路圖4是降壓工作模式1等效電路圖5是降壓工作模式2等效電路圖6是降壓工作模式3等效電路圖7是降壓工作模式4等效電路圖8是升壓工作模式仿真圖9是降壓工作模式仿真圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明結(jié)合具體實(shí)施例和說(shuō)明書附圖加以詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，本發(fā)明的雙方向DC-DC變換器包括耦合電感LpL2，兩個(gè)二極管D1J2, 一個(gè)緩沖電容C1,電源\，濾波電容Cd，負(fù)載&和兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)管^tnSf兩個(gè)耦合電感通 過(guò)共用一個(gè)電感磁芯相互耦合在一起。耦合電感L1同名端與電源正極相連接，另一端與二 極管D1陽(yáng)極、二極管&陰極相連接，二極管D1陰極與耦合電感L2同名端相連，耦合電感L2 另一端與功率開(kāi)關(guān)管、漏極、Sw2源極相連。、源極與電容Cd、電容C1相連，開(kāi)關(guān)管Sw2漏 極與電容Cd正極相連，二極管D2的陽(yáng)極接電源Vs負(fù)極。電容C1另一端同時(shí)與二極管D2陽(yáng) 極和開(kāi)關(guān)管、源極相連。功率開(kāi)關(guān)管、又與電容Cd負(fù)極相連，電容Cd兩端又與負(fù)載& 兩端相連。該變換器的工作過(guò)程1.升壓動(dòng)作，如圖2、3和圖8所示回路穩(wěn)態(tài)時(shí)，開(kāi)關(guān)管、導(dǎo)通，電容C1的能量向電感L2轉(zhuǎn)移，電容C1放電，電感L2
蓄積能量。模式1，關(guān)斷開(kāi)關(guān)管、，二極管D1、反并聯(lián)二極管Dsw2開(kāi)通，電源Vs開(kāi)始向電感L1 提供能量，電感L1蓄積能量，其電流開(kāi)始從零增加。電源Vs、L2、Ci向負(fù)載傳遞能量，L2的電 流開(kāi)始下降釋放能量，C1繼續(xù)放電。當(dāng)電感L1的電流增加到與電感L2的電流相等時(shí)，流過(guò) 電容C1的電流下降到零，電感L1的電流開(kāi)始下降釋放能量，電源\、電感L1開(kāi)始向C1反向 充電，電源\、電感L1、電感L2向負(fù)載傳遞能量。當(dāng)開(kāi)關(guān)管、開(kāi)通時(shí)，此模式結(jié)束，進(jìn)入模 式2。模式2，當(dāng)開(kāi)通開(kāi)關(guān)管、時(shí)，二極管D1、反并聯(lián)二極管Dsw2關(guān)斷，如果互感LpL2為 緊密耦合，則L1的能量瞬間全部轉(zhuǎn)移到電感L2,隨后C1的能量向L2轉(zhuǎn)移，C1放電，L2蓄積能 量，當(dāng)開(kāi)關(guān)管、關(guān)斷時(shí)，此模式結(jié)束，返回到模式1，回路開(kāi)始下一動(dòng)作周期。2降壓動(dòng)作，如圖4、5、6、7和圖9所示t0時(shí)刻前開(kāi)關(guān)管Sw2導(dǎo)通，Cd蓄積的能量向電感L2和電容C1轉(zhuǎn)移，C1充電，電感L2
蓄積能量。
4
模式1 (t0 、)，t0時(shí)刻，開(kāi)通Swl (同時(shí)關(guān)斷開(kāi)關(guān)管Sw2)，二極管Dswl承受正壓而 開(kāi)通，電感L2所蓄積的能量通過(guò)二極管Dswl向電容C1轉(zhuǎn)移，L2釋能，C1蓄能。在此模式中， 耦合電感L2能量逐漸傳送給電感L1、、電源Vs,電感L1開(kāi)始蓄積能量，二極管D2承受正壓而 開(kāi)通。當(dāng)電感L2的能量全部釋放完時(shí)，二極管Dswl關(guān)斷，此模式結(jié)束，進(jìn)入到模式2。模式2 U1 t2)，、時(shí)刻，二極管Dswl關(guān)斷，電容C1與電感L2開(kāi)始反向諧振，開(kāi)關(guān) 管、開(kāi)始流過(guò)電流。電感L2開(kāi)始反向蓄積能量，與此同時(shí)，電感L2經(jīng)過(guò)磁耦合將部分能量 傳送給電感L1, Vs,電感L1繼續(xù)蓄積能量。當(dāng)開(kāi)關(guān)管Sw2開(kāi)通(同時(shí)關(guān)斷開(kāi)關(guān)管Swl)時(shí)，此 模式結(jié)束，進(jìn)入到模式3。模式3 (t2 t3)，t2時(shí)刻，開(kāi)關(guān)管Sw2開(kāi)通(同時(shí)開(kāi)關(guān)管Swl關(guān)斷)，二極管Dsw2導(dǎo) 通，電感L2開(kāi)始釋放能量，同時(shí)電感L1也開(kāi)始向電源Vs充電釋放能量。當(dāng)電感L2、L1所蓄 積的能量全部釋放完時(shí)，流經(jīng)二極管Dsw2A2的電流降為零，二極管Dsw2和&關(guān)斷，此模式結(jié) 束，進(jìn)入到模式4。模式4 (t3 t4)，t3時(shí)刻，二極管Dsw2和D2關(guān)斷，L2與C1開(kāi)始發(fā)生正向諧振，開(kāi)關(guān) 管Sw2開(kāi)始流過(guò)電流，電容Cd的能量開(kāi)始向電感L2和電容C1轉(zhuǎn)移，L2、C1蓄積能量，當(dāng)開(kāi)關(guān) 管Sw2關(guān)斷(同時(shí)開(kāi)通Swl)時(shí)，此模式結(jié)束，返回到模式1，回路開(kāi)始下一個(gè)工作周期。
權(quán)利要求
1.一種基于耦合電感雙方向DC-DC變換器，其特征在于該變換器包括兩個(gè)耦合電感 U、L2,兩個(gè)二極管Dp D2, —個(gè)緩沖電容C1,電源\，濾波電容Cd，負(fù)載&和兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)管 Swl，Sw2 ；兩個(gè)耦合電感通過(guò)共用一個(gè)電感磁芯相互耦合在一起，耦合電感L1同名端與電源 正極相連接，另一端與二極管D1陽(yáng)極、二極管&陰極相連接，二極管D1陰極與耦合電感L2 同名端相連，耦合電感L2另一端分別與功率開(kāi)關(guān)管、漏極和Sw2源極相連，、源極分別與 電容Cd和電容C1相連，開(kāi)關(guān)管Sw2漏極與電容Cd正極相連，二極管D2的陽(yáng)極接電源Vs負(fù)極， 電容C1另一端同時(shí)與二極管D2陽(yáng)極和開(kāi)關(guān)管、源極相連，功率開(kāi)關(guān)管Swl與電容Cd負(fù)極 相連，電容Cd兩端又與負(fù)載&兩端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所示的基于耦合電感雙方向DC-DC變換器，其特征在于所述的變 換器能夠進(jìn)行升壓模式和降壓模式。
全文摘要
一種基于耦合電感雙方向DC-DC變換器，屬于變換器技術(shù)領(lǐng)域。該變換器包括兩個(gè)耦合電感L1、L2，兩個(gè)二極管D1、D2，一個(gè)緩沖電容C1，電源VS，濾波電容Cd，負(fù)載Rd和兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)管Sw1，Sw2。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)該變換器利用耦合電感提高了變換器升壓比，通過(guò)緩沖電容吸收耦合電感的漏感能量，從而可有效降低開(kāi)關(guān)管的峰值電壓應(yīng)力。由于二極管D1阻止電容C1向輸入端放電，所以緩沖電容C1所蓄積的能量(含漏感能量)通過(guò)電感耦合電感全部傳送給負(fù)載，從而提高變換器的效率。
文檔編號(hào)H02M3/335GK102118112SQ20111007903
公開(kāi)日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2011年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月31日
發(fā)明者于萬(wàn)淼, 劉秀翀, 張化光, 戶偉玉, 毋勐漾, 王遨宇, 褚恩輝, 金升 申請(qǐng)人:東北大學(xué)