[發明專利]雙向直流變換器及雙向直流變換控制方法

有效

• 申請號: 201710524420.3
• 申請日: 2017-06-30
• 公開（公告）號: CN107134929B
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發明（設計）人: 姚云鵬
• 申請（專利權）人: 蘇州匯川聯合動力系統有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 44217 深圳市順天達專利商標代理有限公司
• 代理人: 陸軍

本發明提供了一種雙向直流變換器及雙向直流變換控制方法，所述雙向直流變換器包括第一斬波單元、第二斬波單元、第一電感、第二電感、變壓器以及控制單元，所述第一斬波單元連接到第一外接端子；所述第二斬波單元連接到正母線和負母線；所述正母線和負母線之間具有串聯連接的第一電容和第二電容，且所述第二電容的兩端連接到第二外接端子；所述第一電容和第二電容的連接點經由所述第二電感連接到變壓器的副邊繞組的中間抽頭；所述控制單元根據電壓增益生成具有目標占空比的脈沖寬度調制信號并輸出到第二斬波單元的控制端。本發明可使雙向直流變換器在擁有較大的傳輸比變化范圍時保證能量的高效率傳輸。

技術領域

本發明涉及直流變換器領域，更具體地說，涉及一種雙向直流變換器及雙向直流變換控制方法。

背景技術

隨著電動汽車及自動化行業的不斷發展，越來越多應用場合要求實現雙向能量傳輸。雙向能量傳輸可由兩個單向的功率變換器來實現，但是這種方式不僅功率密度低而且可靠性低，因此雙向功率變換器應運而生。

相比于傳統單向功率變換器，雙向功率變換器雖然提高了功率密度，但是其效率等特性卻會有所下降。基于此，實現高效率、高功率密度的雙向功率變換器是當今電源行業所研究的重點之一。

如圖1所示，是現有的降壓/升壓(Buck/Boost)變換器的電路拓撲圖，該降壓/升壓變換器在降壓時采用降壓(Buck)拓撲，即開關管Q2保持關斷，由PWM(plus widthmodulation，脈寬調制)波驅動的開關管Q1、電感L1、電容C2將電壓V1降壓為電壓V2輸出；在升壓時采用升壓(Boost)拓撲，即開關管Q1保持導通，由PWM波驅動的開關管Q2、電感L1、電容C2將電壓V2升壓為電壓V1輸出。該降壓/升壓變換器雖然可以實現雙向的能量傳輸，但是這種變換器屬于非隔離變換器，并且其單向只能實現升壓或者降壓中的一種，無法在單向上既實現降壓又實現升壓，應用場合較為局限。

如圖2所示，是現有兩級雙向變換器的電路拓撲圖。兩級雙向變換器的其中一級為降壓/升壓(Buck/Boost)非隔離結構(包括電感L1、開關管Q1、Q2、電容C3)，另外一級為隔離結構(包括隔離變換器)。兩級雙向變換器的降壓/升壓通常由Buck/Boost非隔離結構級實現。但該雙向變換器由于采用兩級結構，因此其體積較大，不利于功率密度的提升。

如圖3所示，是現有雙有源結構的兩級雙向變換器的電路拓撲圖。該雙向變換器的兩端均為斬波電路(由開關管Q1～Q4組成的斬波電路和由開關管Q5～Q8組成的斬波電路)，并通過斬波電路將兩個電容C1、C2上的直流源轉換為交流源作用于電感L1上，從而形成能量傳輸。但該雙向變換器在電壓傳輸比變化范圍較大的時候效率下降嚴重。

如圖4所示，是現有的雙邊雙向諧振結構的雙向變換器的電路拓撲圖。該雙向變換器的兩端均為斬波電路(由開關管Q1～Q4組成的斬波電路和由開關管Q5～Q8組成的斬波電路)，且該雙向變換器包括位于變壓器T的兩側的諧振腔(由電感L1、L3、電容C3構成的諧振腔以及由電感L2、L4、電容C4構成的諧振腔)，其在正向和反向工作時都為典型的LLC串聯諧振結構，可以實現全范圍的軟開關。但該雙向變換器同樣在電壓傳輸比變化范圍較大的時候效率下降嚴重。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，針對上述雙向變換器在電壓傳輸比變化范圍較大的時候效率下降嚴重的問題，提供一種雙向直流變換器及雙向直流變換控制方法。