[發明專利]一種帶耦合電感的隔離型三電平雙向直流-直流變換器

在審

• 申請號: 201610230882.X
• 申請日: 2016-04-14
• 公開（公告）號: CN105743344A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發明（設計）人: 郎學斌;孟向軍;牛化鵬;張海龍;姚為正
• 申請（專利權）人: 西安許繼電力電子技術有限公司
• 主分類號: H02M3/155
• 分類號: H02M3/155;H02M1/14
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明涉及一種直流-直流變換器，具體涉及一種帶耦合電感的隔離型三電平雙向直流-直流變換器。

背景技術

進入21世紀，人類主要的能源獲取仍依托于化石能源的消耗，這種不可再生能源的大量開發不僅是人類面臨能源枯竭的威脅，同時也給人類生活的環境帶來了巨大的破壞和危害。隨著太陽能、風能等可再生能源的開發和轉換技術的不斷革新，世界各國對于可再生能源的研究和應用也越來越成熟。這其中，應用于電能變換技術中的直流-直流變換器在能量儲存、交換和轉換中扮演者重要角色，在不同的應用場合，對于直流-直流變換器輸入輸出紋波、能量的雙向流動性、升壓/降壓比、效率有著不同的要求。

理想的直流-直流變換器有低輸入輸出紋波、高升降壓比、高效率等特征。傳統的Buck/Boost型雙向直流-直流變換器由于其電路結構簡單得到了較為廣泛的應用，但是單個功率器件耐壓高，開關應力大，開關損耗大，輸出紋波大等技術短板很大程度上限值了其更進一步的應用。近年來，隨著交錯并聯、三電平拓撲等技術的提出，在一定程度或者某一方面克服和減弱了雙向直流-直流變換器存在的上述問題，但往往不能較全面的解決上述問題。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種帶耦合電感的隔離型三電平雙向直流-直流變換器，該變換器的輸出電流紋波小，開關管的損耗小，并且結構較為簡單。

為達到上述目的，本發明所述的帶耦合電感的隔離型三電平雙向直流-直流變換器包括高壓側輸入電容、低壓側輸入電容、高壓側電源、低壓側電源、第一功率開關管、第二功率開關管、第三功率開關管、第四功率開關管、第一二極管、第二二極管、第三二極管、第四二極管、以及相互耦合的第一耦合濾波電感、第二耦合濾波電感；

高壓側電源的正極與高壓側輸入電容的一端及第一功率開關管的集電極相連接，高壓側輸入電容的另一端與低壓側輸入電容的一端、第三功率開關管的集電極及第二功率開關管的發射極相連接，低壓側輸入電容的另一端與高壓側電源的負極及第四功率開關管的發射極相連接，第三功率開關管的發射極與第四功率開關管的集電極及第二耦合濾波電感的非同名端相連接，第一功率開關管的發射極與第一耦合濾波電感的同名端及第二功率開關管的集電極相連接，第一耦合濾波電感的非同名端與低壓側電源的正極相連接，第二耦合濾波電感的同名端與低壓側電源的負極相連接；

第一二極管的正極及負極分別與第一功率開關管的發射極及集電極相連接，第二二極管的正極及負極分別與第二功率開關管的發射極及集電極相連接，第三二極管的正極及負極分別與第三功率開關管的發射極及集電極相連接，第四二極管的正極及負極分別與第四功率開關管的發射極及集電極相連接。

還包括低壓側輸出電容，其中，低壓側輸出電容的兩端分別與第一耦合濾波電感的非同名端及第二耦合濾波電感的同名端相連接。

本發明具有以下有益效果：

本發明所述的帶耦合電感的隔離型三電平雙向直流-直流變換器包括第一功率開關管、第二功率開關管、第三功率開關管及第四功率開關管，其中，各功率開關管均反并聯二極管，第一功率開關管、第二功率開關管、第三功率開關管及第四功率開關管串聯組成“1”字型三電平橋臂結構，從而減少單個功率開關管的耐壓及開關應力，提高第一耦合濾波電感及第二耦合濾波電感上的紋波頻率，降低第一耦合濾波電感及第二耦合濾波電感的電流紋波，同時利用第一耦合濾波電感及第二耦合濾波電感將電路分為兩級輸出，使得電路結構更加對稱，從而有效的降低變換器的體積及制造成本。

附圖說明

圖1為本發明的電路圖；

圖2為本發明在工作模態一下的電流流通示意圖；

圖3為本發明在工作模態二下的電流流通示意圖；

圖4為本發明在工作模態三下的電流流通示意圖；

圖5為本發明在工作模態四下的電流流通示意圖；

圖6為本發明在Buck工作模式下占空比大于0.5輸出波形示意圖；

圖7為本發明在Buck工作模式下占空比小于0.5輸出波形示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步詳細描述：