[發(fā)明專利]一種大功率雙向DC/DC變換器拓撲結(jié)構(gòu)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810040359.6
• 申請日: 2008-07-08
• 公開（公告）號: CN101350555A
• 公開（公告）日: 2009-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張逸成;吳璐璐;姚勇濤;朱學(xué)軍;梁海泉;王波;沈玉琢;王靈艷
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟大學(xué)
• 主分類號: H02M3/155
• 分類號: H02M3/155
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 趙志遠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及DC/DC變換器，特別是涉及一種大功率雙向DC/DC變換器拓撲 結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

采用能量回收系統(tǒng)是解決節(jié)能減排問題的有效手段，最早被用于電動汽車中， 這些車輛通常采用蓄電池，如鉛酸、鎳氫以及鋰離子電池作為能源與其主能量元件 組合共同作為動力源。但車輛啟動、加速和爬坡時，蓄電池要經(jīng)常遭受大充放電電 流沖擊，電池壽命急劇衰減，且剎車、制動時產(chǎn)生能量也不能有效回收，這是傳統(tǒng) 蓄電池所存在的重大缺點。超級電容能量回收系統(tǒng)是近幾年來探索出的一種更加符 合環(huán)境要求的新型能量存儲技術(shù)。由于超級電容器具有快速存儲釋放能量、適用溫 度范圍寬、壽命長和易于管理等優(yōu)點，如和其它能量元件(發(fā)動機、蓄電池、燃料 電池)組成聯(lián)合體共同工作，可使系統(tǒng)同時滿足動力性和經(jīng)濟性要求，與其它儲能 元件(如蓄電池、超導(dǎo)、飛輪、壓縮空氣等)單獨使用相比，具有明顯優(yōu)勢，是實 現(xiàn)能量回收利用、降低污染的一種有效途徑。

目前，隨著能量回收系統(tǒng)應(yīng)用范圍進一步的拓寬，在城市軌道交通領(lǐng)域也有應(yīng) 用，這不僅對能量存儲器件提出了高要求，對能量回收系統(tǒng)本身也提出了高可靠、 雙向大功率、低成本等要求，而這些要求的實現(xiàn)離不開合適的主電路拓撲。

目前大功率雙向DC/DC變換器拓撲分為隔離與非隔離型變換器，但考慮到前 者結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和成本問題，一般選用非隔離型變換器。

非隔離型變換器主要分為四種基本拓撲，即Buck，Boost，Buck-Boost與Cuk 電路，但其共有缺點是能量不能雙向流動，需要在其原有基礎(chǔ)上進行改進。目前已 有能量可以雙向流動的拓撲主要分為兩類：

(1)單橋臂拓撲：這是一種一二象限復(fù)合結(jié)構(gòu)DC/DC變換器，是基本Buck 和Boost拓撲衍生物。其特點為拓撲簡單，但當(dāng)高壓側(cè)電壓故障跌落(電壓小于低 壓側(cè))時，IGBT1的反并聯(lián)二極管會故障導(dǎo)通，故存在電流失控危險，必須額外 添加高速保護設(shè)備，如圖1所示。

(2)雙橋臂拓撲：這是采用兩套單橋臂拓撲級聯(lián)而成的拓撲，由于兩單橋臂 之間有一個比電網(wǎng)與能量存儲單元電壓都高的高壓電容環(huán)節(jié)，故雙橋臂拓撲不存在 電流失控危險，但是其拓撲及控制復(fù)雜、成本翻倍，如圖2所示。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一 種大功率雙向DC/DC變換器拓撲結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種大功率雙向DC/DC變換器 拓撲結(jié)構(gòu)，包括高壓側(cè)濾波單元、橋臂單元、儲能及低壓側(cè)濾波單元、能量存儲單 元，所述的高壓側(cè)濾波單元、橋臂單元、儲能及低壓側(cè)濾波單元、能量存儲單元依 次連接，其特征在于，所述的橋臂單元包括開關(guān)管IGBT1，以及由開關(guān)管IGBT2、 開關(guān)管IGBT3構(gòu)成的單橋臂電路，所述的開關(guān)管IGBT1、開關(guān)管IGBT2和開關(guān)管 IGBT3均帶有反并聯(lián)二極管，所述的開關(guān)管IGBT1的集電極與開關(guān)管IGBT2的集 電極連接，開關(guān)管IGBT2的發(fā)射極與開關(guān)管IGBT3的集電極連接，所述的開關(guān)管 IGBT1的發(fā)射極以及開關(guān)管IGBT3的發(fā)射極與高壓側(cè)濾波單元連接。

所述的能量存儲單元為蓄電池、超級電容器組或其它類型電儲能器件。

所述的高壓側(cè)濾波單元包括電感Lin、電容C1，所述的電感Lin的一端與電容 C1的正極連接。

所述的開關(guān)管IGBT1的發(fā)射極與電容C1的正極連接，所述的開關(guān)管IGBT3 的發(fā)射極與電容C1的負極連接。

所述的儲能及低壓側(cè)濾波單元包括電感L、電容C2，所述的電感L的一端與 開關(guān)管IGBT3的集電極連接，該電感L的另一端與電容C2的正極連接，該電容 C2的負極與開關(guān)管IGBT3的發(fā)射極連接。

所述的能量存儲單元與電容C2的兩極連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

1)與普通單橋臂拓撲相比，其不存在電流失控危險，可靠性高；

2)與雙橋臂拓撲相比，其結(jié)構(gòu)簡單，控制容易，且成本要低很多。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有的DC/DC變換器單橋臂拓撲結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為現(xiàn)有的DC/DC變換器雙橋臂拓撲結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中：1-高壓側(cè)濾波單元，2-橋臂單元，3-儲能及低壓側(cè)濾波單元，4-能量存 儲單元。