升降壓雙向直流變換器拓?fù)涞闹谱鞣椒?br> 【專利摘要】本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了一種直流電與另一種直流電的電能雙向變換，對兩端電壓關(guān)系沒有特別限制，可以廣泛應(yīng)用于電源系統(tǒng)、智能微網(wǎng)、電機(jī)驅(qū)動和制動等系統(tǒng)中。本發(fā)明是在直流輸入輸出兩端(V1端和V2端)的正負(fù)極上各串聯(lián)一個開關(guān)管(與V1端正極連接的開關(guān)管為S11，與V1負(fù)極連接的開關(guān)管為S12，與V2端正極連接的開關(guān)管為S21，與V2端負(fù)極連接的開關(guān)管為S22)，開關(guān)管S11和S21之間連接電感L1，開關(guān)管S12和S22之間連接電感L2，電感L1和L2與開關(guān)S11和S12的連接一側(cè)之間連接有升續(xù)電路，電感L1和L2與開關(guān)S11和S12的連接一側(cè)之間也連接有升續(xù)電路。本發(fā)明的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的開關(guān)管的電壓應(yīng)力低，共模噪聲小，從而實(shí)現(xiàn)了低成本、高可靠的雙向直流變換器，可以廣泛應(yīng)用與電池管理、新能源、電動汽車等領(lǐng)域。
【專利說明】升降壓雙向直流變換器拓?fù)?br>
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力變流領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了一種直流電與另一種直流電的電能雙向變換， 可以廣泛應(yīng)用于電源系統(tǒng)、智能微網(wǎng)、儲能、電機(jī)驅(qū)動和制動等系統(tǒng)中。

【背景技術(shù)】
[0002] 直流變換器將一種直流電轉(zhuǎn)換成另一種或多種直流電的電能變換器是直流開關(guān) 電源的主要部件，雙向直流變換器則可實(shí)現(xiàn)能量的雙向傳輸，升降壓雙向直流變換器是指 直流電一端的電壓與另一端的電壓沒有特別要求，不必一端必須高于另一端。升降壓雙向 直流變換器廣泛應(yīng)用在新能源儲能系統(tǒng)、智能微網(wǎng)系統(tǒng)、電機(jī)變頻驅(qū)動和制動等領(lǐng)域。尤其 隨著新能源技術(shù)的發(fā)展，需要升降壓雙向變換的系統(tǒng)功率容量越來越高，直流變換器的兩 端電壓也越來越高。面向這種應(yīng)用，傳統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)越來越難于實(shí)現(xiàn)，或有成本較高、效率 較低等缺點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明提出了一種升降壓雙向直流變換器拓?fù)?，?chuàng)新的實(shí)現(xiàn)了高可靠、高效率、低 成本的對兩種直流電的雙向變換，并且對兩端的電壓關(guān)系沒有限制。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案（對照附圖）是：
[0005] 直流輸入輸出兩端（VI端和V2端）的正負(fù)極上各串聯(lián)一個開關(guān)管（與VI端正 極連接的開關(guān)管為S11，與VI負(fù)極連接的開關(guān)管為S12,與V2端正極連接的開關(guān)管為S21， 與V2端負(fù)極連接的開關(guān)管為S22)，開關(guān)管S11和S21之間連接電感L1，開關(guān)管S12和S22 之間連接電感L2,電感L1和L2與開關(guān)S11和S12的連接一側(cè)之間連接有升續(xù)電路（升續(xù) 電路為升壓和續(xù)流電路的簡稱），電感L1和L2與開關(guān)S11和S12的連接一側(cè)之間也連接 有升續(xù)電路；開關(guān)管S11、S12、S21、S22是雙向的，或并聯(lián)有反向二極管（圖中的D11、D12、 D21、D22)，或開關(guān)管內(nèi)部集成了反向二極管；升續(xù)電路有兩種實(shí)現(xiàn)拓?fù)?，一種是無箝位升續(xù) 電路（如圖1中所示），一種是中點(diǎn)箝位升續(xù)電路（如圖2中所示）；無箝位升續(xù)電路是直 接在電感L1和L2之間連接一個升續(xù)開關(guān)管（如圖1中，VI端的S10，V2端的S20)，升續(xù)開 關(guān)管（S10和S20)是雙向的，或并聯(lián)有反向二極管（VI端D10，V2端D20)，或開關(guān)管內(nèi)部集 成了反向二極管；中點(diǎn)箝位升續(xù)電路是在直流輸入輸出端正負(fù)極之間串聯(lián)兩個電容（VI端 的C11和C12, V2端的C21和C22)，在電感L1和L2之間連接串聯(lián)兩個升續(xù)開關(guān)管（VI端 的S13和S14, V2端的S23和S24)，兩個串聯(lián)電容之間的中點(diǎn)與兩個串聯(lián)開關(guān)管的中點(diǎn)相 連，升續(xù)開關(guān)管（VI端S13和S14，V2端S23和S24)是雙向的，或并聯(lián)有反向二極管（VI端 D13和D14, V2端D23和D24)，或開關(guān)管內(nèi)部集成了反向二極管；每個雙向變換器中的兩個 升續(xù)電路（VI側(cè)和V2側(cè)）可以都采用有中點(diǎn)箝位升續(xù)電路，或都采用無箝位升續(xù)電路，或 一側(cè)采用中點(diǎn)箝位升續(xù)電路另一側(cè)采用無箝位升續(xù)電路的混合結(jié)構(gòu)。
[0006] 本發(fā)明的有益效果是：
[0007] 本發(fā)明的拓?fù)潆娐穼?shí)現(xiàn)了功率的雙向變換，并且對直流電兩端電壓關(guān)系沒有特別 要求，一端電壓可以高于或低于另一端電壓，并且本發(fā)明的拓?fù)渖舷聦ΨQ，所以對開關(guān)管的 耐壓要求降低了 50%，從而降低了最終產(chǎn)品的成本，并且提高了變換效率，提高了系統(tǒng)可靠 性，更適用于高電壓和高容量的系統(tǒng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008] 本說明書有五個附圖：
[0009] 圖1，采用無箝位升續(xù)電路的升降壓雙向直流變換拓?fù)洌?br> [0010] 圖2,采用中點(diǎn)箝位升續(xù)電路的升降壓雙向直流變換拓?fù)洌?br> [0011] 圖3,采用混合升續(xù)電路的升降壓雙向直流變換器拓?fù)洌?br> [0012] 圖4,降壓工作狀態(tài)示意圖；
[0013] 圖5,升壓工作狀態(tài)示意圖；

【具體實(shí)施方式】
[0014] 圖4、圖5是使用本發(fā)明的升降壓雙向直流變換器拓?fù)涞墓ぷ魇疽鈭D，兩圖示意了 電能從VI側(cè)流向V2側(cè)的工作狀態(tài)。由于電路兩側(cè)是對稱結(jié)構(gòu)，所以電能從V2側(cè)流向VI 的工作原理與VI側(cè)到V2側(cè)相同。
[0015] 圖4所示的是功率從直流輸入輸出端VI降壓流向V2 (VI側(cè)電壓高于V2電壓）的 工作原理：這時開關(guān)S11和S12處于高頻斬波開關(guān)狀態(tài)，S11和S12同時開通或關(guān)斷，VI側(cè) 的升續(xù)電路（圖中的S10和D10)處于續(xù)流工作狀態(tài)，V2側(cè)的升續(xù)電路（圖中的S20和D20) 處于關(guān)斷狀態(tài)，開關(guān)S21和S22處于導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)S11和S12開通時，對電感L1和L2充電， 升續(xù)電路處于關(guān)斷狀態(tài)；當(dāng)S11和S12處于關(guān)斷狀態(tài)時，電感L1和L2的電流通過VI側(cè)升 續(xù)電路續(xù)流；升續(xù)電路可以采用二極管續(xù)流方式，即續(xù)流電流從升續(xù)電路中的二極管流過， 也可以采用同步續(xù)流方式，即續(xù)流電流從升續(xù)電路中的開關(guān)管；二極管續(xù)流的方式，續(xù)流不 需要控制，所以控制策略簡單，同步續(xù)流的方式控制較為復(fù)雜，但可以實(shí)現(xiàn)更高的效率；通 過控制S11和S12的高頻斬波的占空比控制V2側(cè)輸出的電壓幅值和功率。
[0016] 圖5所示的是功率從直流輸入輸出端VI升壓流向V2 (VI側(cè)電壓低于V2側(cè)電壓） 的工作原理：這時開關(guān)S11和S12處于導(dǎo)通狀態(tài)，VI側(cè)的升續(xù)電路處于關(guān)斷狀態(tài)，V2側(cè)升續(xù) 電路中的開關(guān)管（圖5中的S20)處于高頻升壓開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)S21和S22處于續(xù)流狀態(tài)； 當(dāng)S20開通時對電感L1和L2進(jìn)行充電，S21、D21和S22、D22處于關(guān)斷，當(dāng)S20關(guān)斷時電感 L1和L2的電流通過S21/D21和S22/D22續(xù)流，向V2直流側(cè)輸電；電感L1和L2的電流續(xù) 流也有兩種方式，二極管續(xù)流方式和同步續(xù)流方式，二極管續(xù)流方式需要在S11和S12上并 聯(lián)續(xù)流二極管，但控制比較簡單，同步續(xù)流方式控制較復(fù)雜，但可以實(shí)現(xiàn)更高的效率；通過 調(diào)節(jié)升續(xù)電路的開關(guān)管的高頻升壓開關(guān)占空比控制直流VI側(cè)的輸出電壓和功率。
[0017] 上面詳細(xì)敘述了電能從VI端流向V2端降壓和升壓兩種工作狀態(tài)，電能從V2端流 向VI端的工作原理與前者類似。由于本拓?fù)涞恼?fù)極是對稱結(jié)構(gòu)，所以本拓?fù)溆泄材８蓴_ 低的優(yōu)點(diǎn)。通過調(diào)節(jié)各個開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)功率的升壓或降壓的雙向流動，可以廣泛 應(yīng)用于儲能、智能微網(wǎng)、電池管理、電機(jī)驅(qū)動和制動等領(lǐng)域。
【權(quán)利要求】
1. 升降壓雙向直流變換器拓?fù)?，?shí)現(xiàn)兩種直流電的互相轉(zhuǎn)換，其特征在于直流輸入輸 出兩端（VI端和V2端）的正負(fù)極上各串聯(lián)一個開關(guān)管（與VI端正極連接的開關(guān)管為S11， 與VI負(fù)極連接的開關(guān)管為S12,與V2端正極連接的開關(guān)管為S21，與V2端負(fù)極連接的開關(guān) 管為S22)，開關(guān)管S11和S21之間連接電感L1，開關(guān)管S12和S22之間連接電感L2,電感L1 和L2與開關(guān)S11和S12的連接一側(cè)之間連接有升續(xù)電路，電感L1和L2與開關(guān)S11和S12 的連接一側(cè)之間也連接有升續(xù)電路。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的升降壓雙向直流變換器拓?fù)洌涮卣髟谟谒龅拈_關(guān)管S11、 S12、S21、S22是雙向的，或并聯(lián)有反向二極管，或開關(guān)管內(nèi)部集成了反向二極管。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的升降壓雙向直流變換器拓?fù)?，其特征在于所述的升續(xù)電路有 兩種實(shí)現(xiàn)拓?fù)?，一種是無箝位升續(xù)電路，一種是中點(diǎn)箝位升續(xù)電路。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)力要求3所述的升降壓雙向直流變換器拓?fù)?，其特征在于所?的無箝位升續(xù)電路是直接在電感L1和L2之間連接一個升續(xù)開關(guān)管（VI端的S10, V2端的 S20)，升續(xù)開關(guān)管（S10和S20)是雙向的，或并聯(lián)有反向二極管（VI端D10, V2端D20)，或 開關(guān)管內(nèi)部集成了反向二極管。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)力要求3所述的升降壓雙向直流變換器拓?fù)?，其特征在于所?的中點(diǎn)箝位升續(xù)電路是在直流輸入輸出端正負(fù)極之間串聯(lián)兩個電容（VI端的C11和C12， V2端的C21和C22)，在電感L1和L2之間連接串聯(lián)兩個升續(xù)開關(guān)管（VI端的S13和S14， V2端的S23和S24)，兩個串聯(lián)電容之間的中點(diǎn)與兩個串聯(lián)開關(guān)管的中點(diǎn)相連，升續(xù)開關(guān)管 (VI端S13和S14, V2端S23和S24)是雙向的，或并聯(lián)有反向二極管（VI端D13和D14, V2 端D23和D24)，或開關(guān)管內(nèi)部集成了反向二極管。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)力要求3所述的升降壓雙向直流變換器拓?fù)?，其特征在于雙向 變換器中的兩個升續(xù)電路（VI側(cè)和V2側(cè)）可以都采用有中點(diǎn)箝位升續(xù)電路，或都采用無箝 位升續(xù)電路，或一側(cè)采用中點(diǎn)箝位升續(xù)電路另一側(cè)采用無箝位升續(xù)電路的混合結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】H02M3/08GK104124866SQ201310170213
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2013年4月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月26日
【發(fā)明者】齊麗娜 申請人:豐郅(上海)新能源科技有限公司