CN101621257A - 一种电能量双向流动装置及其电能量双向流动方法 - Google Patents

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曹仁贤
王文广
赵为
梅晓东
宋诗
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Abstract

本发明涉及一种电能量双向流动装置及其电能量双向流动方法，双向DC－DC半桥软开关高频电路的低压侧半桥电路和高压侧半桥电路之间通过高频变压器相连；双向DC－DC半桥软开关高频电路的高压侧半桥电路输出与PWM整流器电路的直流侧相连，PWM整流器电路的逆变侧与电网侧相连。当能量需要从交流侧流向直流侧时，双向DC－DC半桥软开关高频电路把此直流电压降压成更低一些的直流电压；当能量需要从直流侧流向交流测时，双向DC－DC半桥软开关电高频路把此低直流电压升压成高一些的直流电压。本发明结构简单，造价低。

Description

一种电能量双向流动装置及其电能量双向流动方法
技术领域
本发明涉及一种电能量双向流动的装置及其双向流动方法，具体涉及一种基于双向DC-DC半桥软开关高频拓扑的能量双向流动的方法及装置。
背景技术
传统电源装置都是单向能量流动。比如蓄电池充电器，它把电网交流电力整流成直流向蓄电池充电；蓄电池活化放电电源，它把蓄电池的直流电力逆变成交流，把能量送到交流电网。如果要完成蓄电池充、放电，必须需要两套装置，才能实现充、放电。在这套系统中，蓄电池放电器和蓄电池充电器是两个独立的部件，它们各自内部都有复杂的控制电路，价格较高的主功率器件以及与之配套的驱动电路、保护电路，散热部件及箱体，这样势必会增加体积和重量，提高了系统成本。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种结构简单，造价低的能使电能量双向流动的电源装置及其双向流动方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种电能量双向流动装置，直流低压侧与双向DC-DC半桥软开关高频电路相连；所述的双向DC-DC半桥软开关高频电路包括低压侧半桥电路和高压侧半桥电路，低压侧半桥电路和高压侧半桥电路之间通过高频变压器相连；直流低压侧与双向DC-DC半桥软开关高频电路的低压侧半桥电路相连，双向DC-DC半桥软开关高频电路的高压侧半桥电路输出与PWM整流器电路的直流侧相连，PWM整流器电路的逆变侧与电网侧相连。
一种电能量双向流动装置，所述的高频变压器集成有漏感。
一种电能量双向流动装置的电能量双向流动方法，当能量需要从交流侧流向直流侧时，PWM电路工作在整流状态，它把交流电力整流成稳定的直流电力；双向DC-DC半桥软开关高频电路把此直流电压降压成更低一些的直流电压；当能量需要从直流侧流向交流测时，双向DC-DC半桥软开关电高频路把此低直流电压升压成高一些的直流电压，PWM电路工作在有源逆变状态，它把直流逆变成交流，并且把能量送到交流电网。
本发明采用双向DC-DC半桥软开关高频拓扑可以解决能量双向流动的问题。如果采用双向DC-DC半桥软开关高频电路和PWM整流器电路级联，就能实现高频方式下的能量双向流动问题。双向DC-DC半桥软开关高频电路的结构很简单，隔离变压器的两端各有一个对称半桥。变换器的功率传输有两个对称半桥之间的相移控制。无需另加任何辅助开关和无源谐振网络，变换器的所有开关均可在双向变换过程中处于零电压开关状态，且开关的电压应力低。另外电路里没有大的延时器件存在，变换器的动态响应比较快。
本发明的主要优点：
1、高频方法实现能量双向流动。单一的PWM整流器可以实现能量双向流动，但是PWM整流器的逆变侧与装置的交流端加上一隔离升压变换器。这就是工频实现方法。由于采用工频变压器，所以体积大、质量大，比较笨重，成本比较高。高频方式正好弥补上述缺点，它质量轻、体积小、比较灵巧、成本较低。
2、解决常规DC-DC电路能量不能双向流动的问题，采用双向DC-DC半桥高频软开关拓扑，可以实现高压端和低压端在一定控制下能量双向流动。
3、在不增加硬件的条件下，可以实现能量的双向流动。集成化程度比较高。
4、适用场合比较多，蓄电池活化、放电和直流电源老化可以工作在有源逆变状态(能量从直流侧流向交流侧)；蓄电池三态充电和直流开关电源可以工作在整流状态(能量从交流侧流向直流侧)。
附图说明
图1为本发明的系统框图。
图2为本发明的原理框图。
具体实施方式
参见附图1、2所示。
本发明电能量双向流动装置直流低压侧与双向DC-DC半桥软开关高频电路相连；双向DC-DC半桥软开关高频电路包括低压侧半桥电路1和高压侧半桥电路2，低压侧半桥电路1和高压侧半桥电路2之间通过高频变压器3相连；直流低压侧与双向DC-DC半桥软开关高频电路的低压侧半桥电路1相连，双向DC-DC半桥软开关高频电路的高压侧半桥电路2输出与PWM整流器电路4的直流侧相连，PWM整流器电路4的逆变侧与电网侧相连。还包括有32位DSP控制板、转接板、液晶显示和键盘板、电感L1、变压器T1、直流滤波器、交流滤波器等组成。DSP控制板由32位DSP及外围接口电路组成，完成对整个工作过程的控制；DC-DC主板的开关器件T1-T4的占空比为0.5，通过控制前后半桥之间的相位关系，来调节变压器能量传输的方向。变压器T1完成电压变换，Lr为变压器的漏感，它是DC-DC变换器能量传输的重要元件，同时也保证软开关的实现。PWM整流器主板的开关器件T5-T8和电感L1、电容C5构成PWM整流电路，实现滤波或储能功能；
当电路中直流侧能量向交流侧流动时，DC-DC工作在升压状态，PWM整流器工作在有源逆变状态。DSP发出DC-DC主板的T1-T4的控制波形，通过隔离驱动电路，使T1-T4工作。T1-T4工作的占空比都为0.5，且T1的相位超前T3，所以能量从低压侧流向高压侧。通过调节相移，来控制传递能量的大小。DSP发出PWM整流器主板的T5-T8的控制波形，通过隔离驱动电路，使T5-T8工作。控制电网电流波形和电网电压波形同相，使其功率因数为1。
当电路中交流侧能量向直流侧流动时，DC-DC工作在降压状态，PWM整流器工作在整流状态。DSP发出PWM整流器主板的T5-T8的控制波形，通过隔离驱动电路，使T5-T8开关导通。控制电网电流波形和电网电压波形反相，使其功率因数为-1。DSP发出DC-DC主板的T1-T4的控制波形，通过隔离驱动电路，使T1-T4开关导通。T1-T4工作的占空比都为0.5，且T3的相位超前T1，所以能量从高压侧流向低压侧。通过调节相移，来控制传递能量的大小。
32位DSP与液晶进行通讯。本装置有良好的人机界面，可以通过液晶键盘控制，实现对32位DSP的控制。

Claims (3)

1、一种电能量双向流动装置，其特征在于直流低压侧与双向DC-DC半桥软开关高频电路相连；所述的双向DC-DC半桥软开关高频电路包括低压侧半桥电路和高压侧半桥电路，低压侧半桥电路和高压侧半桥电路之间通过高频变压器相连；直流低压侧与双向DC-DC半桥软开关高频电路的低压侧半桥电路相连，双向DC-DC半桥软开关高频电路的高压侧半桥电路输出与PWM整流器电路的直流侧相连，PWM整流器电路的逆变侧与电网侧相连。
2、根据权利要求1所述的一种电能量双向流动装置，其特征在于所述的高频变压器集成有漏感。
3、如权利要求1所述装置的电能量双向流动方法，其特征在于当能量需要从交流侧流向直流侧时，PWM电路工作在整流状态，它把交流电力整流成稳定的直流电力；双向DC-DC半桥软开关高频电路把此直流电压降压成更低一些的直流电压；当能量需要从直流侧流向交流测时，双向DC-DC半桥软开关电高频路把此低直流电压升压成高一些的直流电压，PWM电路工作在有源逆变状态，它把直流逆变成交流，并且把能量送到交流电网。
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