CN107147324A - 一种高效隔离双向ac‑dc变换器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效隔离双向AC‑DC变换器，其包括双向AC‑DC变换电路及双向DC‑DC变换电路；其中，双向AC‑DC变换电路包括依次连接的电感电路、交直流双向功率变换电路以及输出电容电路，电感电路输入侧两端作为该变换器的第一连接端，其输出侧与交直流双向功率变换电路连接；双向DC‑DC变换电路包括第一隔离双向DC‑DC变换电路、第二隔离双向DC‑DC变换电路以及滤波电容，第一隔离双向DC‑DC变换电路输入侧的一端连接至AC‑DC变换电路的输出正，其另一端连接至输出电容电路中点，第二隔离双向DC‑DC变换电路输入侧的一端连接至AC‑DC变换电路的输出负，其另一端连接至输出电容电路中点，两个隔离双向DC‑DC变换电路的输出端均连接至滤波电容两端，所述滤波电容的两端作为该变换器的第二连接端。
Description
技术领域
本发明涉及电源转换技术领域，更具体地涉及一种高效隔离双向AC-DC变换器。
背景技术
目前，运用于电源供应器的电源转换系统通常包括交直流转换模块和直流转换模块，交直流转换模块可将交流输入电压变换直流电压，使得电源转换系统满足相关的标准，直流转换模块可将交直流模块变换的直流电压转换为幅值和纹波满足用电要求的直流电压。通常，交直流转换模块采用双向AC-DC变换电路，直流转换模块采用隔离双向DC-DC变换电路。
隔离双向DC-DC变换器使用变压器利用磁耦合可以实现具有电气绝缘的电能变换。现有的隔离双向DC-DC变换器由于变压器原边和副边线圈的匝比可以根据需要进行合理的设计，可获得较高或较低的电压，可实现电压转换。
在较多的应用场合，直流电源的电压较高，而要求其变换后的输出电压较低，但现有的隔离双向DC-DC变换器的高/低压的升降压比一般不超过5：1，为了提高升降压比，目前大都采用交错并联Boost方式、多电平Boost升压方式等方式获得高升降压比的DC-DC变换器。其比传统的DC-DC变换器可获得较高的升降压比，但其升降压比一般仅达到10多倍，并不能得到更高的升降压比。
鉴于此，有必要提供一种可获得高升降压比的高效隔离双向AC-DC变换器以解决上述缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可获得高升降压比的高效隔离双向AC-DC变换器。
为解决上述技术问题，本发明提供一种高效隔离双向AC-DC变换器，所述高效隔离双向AC-DC变换器包括双向AC-DC变换电路及双向DC-DC变换电路，所述双向AC-DC变换电路的输出侧连接至所述双向DC-DC变换电路的输入侧。
其中，所述双向AC-DC变换电路包括依次连接的电感电路、交直流双向功率变换电路以及输出电容电路，所述电感电路输入侧两端作为该高效隔离双向AC-DC变换器的第一连接端，所述电感电路输出侧与所述交直流双向功率变换电路连接。所述双向DC-DC变换电路包括第一隔离双向DC-DC变换电路、第二隔离双向DC-DC变换电路以及滤波电容，所述第一隔离双向DC-DC变换电路输入侧的一端连接至所述双向AC-DC变换电路的输出正，其另一端连接至所述输出电容电路中点，所述第二隔离双向DC-DC变换电路输入侧的一端连接至所述双向AC-DC变换电路的输出负，其另一端连接至所述输出电容电路中点，所述第一隔离双向DC-DC变换电路的输出端连接所述第二隔离双向DC-DC变换电路的输出端，且连接至滤波电容两端，所述滤波电容的两端作为该高效双向AC-DC变换器的第二连接端。基于上述设计，可知本发明的第一隔离双向DC-DC变换电路和第二隔离双向DC-DC变换电路的输入侧串联且输出侧并联连接，则当能量正向流动时，所述第一、第二隔离双向DC-DC变换电路均可获得所述双向AC-DC变换电路输出的一半电压，同样的变压器匝比下，可获得更高的降压比；而当能量反向流动时，即当所述第二连接端接入外部电源时，则两个隔离双向DC-DC变换电路的输出电压可进行叠加，输入的低电压转换为更高的输出电压，进而获得更高的升压比。
其进一步技术方案为：所述电感电路包括第一电感及第二电感，所述第一电感及所述第二电感的一端作为第一连接端，该第一电感的另一端及第二电感的另一端均连接至所述交直流双向功率变换电路。
其进一步技术方案为：所述电感电路包括第一变压器，所述第一变压器初级绕组的同名端及其次级绕组的异名端两端作为第一连接端，该第一变压器初级绕组的异名端及次级绕组的同名端均与所述交直流双向功率变换电路连接。基于变压器运用在本电路中代替电感的设计，本发明所使用的第一变压器是把两个电感通过磁集成技术集成在一起，以减小电感绕线的匝数，和现有技术所使用的电感相比，体积较小，且可获得较高的工作效率。
其进一步技术方案为：所述交直流双向功率变换电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管以及第六开关管；其中，所述第一开关管与所述第二开关管反向串联构成双向开关，并连接至所述输出电感电路输出侧两端，所述第三开关管及第四开关管和所述第五开关管及第六开关管分别串联构成一个桥臂，两个桥臂并联在一起连接至所述双向AC-DC变换电路的输出正及输出负之间，两个桥臂的中点分别连接至所述输出电感电路输出侧两端。基于本电路中开关管的设计，其可实现能量在电网与电源储能器件之间的双向流动。
其进一步技术方案为：所述输出电容电路包括第一电容及第二电容，所述第一电容及第二电容串联后连接至所述双向AC-DC变换电路的输出正及输出负之间，所述第一电容及第二电容的连接点为所述输出电容电路中点。
其进一步技术方案为：所述第一隔离双向DC-DC变换电路包括第二变压器、第八开关管、第九开关管以及第一钳位电路；其中，所述第二变压器初级绕组的异名端连接至所述双向AC-DC变换电路的输出正，其同名端与所述第八开关管串联后连接至所述输出电容电路中点，所述第二变压器次级绕组的同名端与所述第二隔离双向DC-DC变换电路输出侧的一端及滤波电容的一端连接，其异名端与第九开关管串联后与该第二隔离双向DC-DC变换电路输出侧的另一端及滤波电容的另一端连接，所述第一钳位电路包括第七开关管以及第三电容，所述第七开关管与所述第三电容串联后并联至所述第二变压器初级绕组两端。基于第一钳位电路的设计，可将第八开关管关断后的瞬态尖峰能量通过该电路上的第三电容和第七开关管泄放，以防止所述第八开关管被损坏。
其进一步技术方案为：所述第二隔离双向DC-DC变换电路包括第三变压器、第十一开关管、第十二开关管以及第二钳位电路；其中，所述第三变压器初级绕组的异名端连接至所述输出电容电路中点，其同名端与所述第十一开关管串联后连接至所述双向AC-DC变换电路的输出负，所述第三变压器次级绕组的同名端连接至所述滤波电容中与第二变压器次级绕组的同名端连接的一端，其异名端与第十二开关管串联后连接至所述滤波电容中与所述第九开关管连接的一端，所述第二钳位电路包括第十开关管以及第四电容，所述第十开关管与所述第四电容串联后并联至所述第三变压器初级绕组两端。
其进一步技术方案为：所述第一隔离双向DC-DC变换电路包括第四变压器、第三电感、第十三开关管、第十四开关管、第十五开关管以及第一复位电路；其中，所述第四变压器初级绕组的同名端与所述第十三开关管串联后连接至所述双向AC-DC变换电路的输出正，其异名端与所述第十四开关管串联后连接至所述输出电容电路中点，所述第四变压器次级绕组的同名端连接所述第三电感的一端，该第三电感的另一端与所述第二隔离双向DC-DC变换电路输出侧的一端及滤波电容的一端连接，其异名端与第十五开关管串联后与该第二隔离双向DC-DC变换电路输出侧的另一端及滤波电容的另一端连接，所述第一复位电路包括第一二极管及第二二极管，所述第一二极管的阳极与所述第四变压器初级绕组的异名端连接，其阴极连接至所述双向AC-DC变换电路的输出正，所述第二二极管的阴极与所述第四变压器初级绕组的同名端连接，其阳极连接至所述输出电容电路中点。基于所述第一复位电路的设计，可在第四变压器初级绕组侧的两个开关管关断后，通过二极管吸收所述第四变压器上的漏感能量，可避免漏感能量给开关管结电容充电，导致开关管两端电压超过管子耐压而损坏。
其进一步技术方案为：所述第二隔离双向DC-DC变换电路包括第五变压器、第四电感、第十六开关管、第十七开关管、第十八开关管以及第二复位电路；其中，所述第五变压器初级绕组的同名端与所述第十六开关管串联后连接至所述输出电容电路中点，其异名端与所述第十七开关管串联后连接至所述双向AC-DC变换电路的输出负，所述第五变压器次级绕组的同名端连接所述第四电感的一端，该第四电感的另一端连接至滤波电容中与所述第三电感连接的一端，其异名端与第十八开关管串联后连接至滤波电容中与所述第十五开关管连接的一端，所述第二复位电路包括第三二极管及第四二极管，所述第三二极管的阳极与所述第五变压器初级绕组的异名端连接，其阴极连接至所述输出电容电路中点，所述第四二极管的阴极与所述第五变压器初级绕组的同名端连接，其阳极连接至所述双向AC-DC变换电路的输出负。
其进一步技术方案为：所述开关管选用MOSFET、SiC或IGBT。
与现有技术相比，本发明的高效隔离双向AC-DC变换器中双向DC-DC变换电路的第一隔离双向DC-DC变换电路和第二隔离双向DC-DC变换电路的输入侧串联、输出侧并联连接，基于两个隔离双向DC-DC变换电路的连接设计，当能量正向流动时，即当所述第一连接端外接电源时，所述第一、第二隔离双向DC-DC变换电路均可获得所述双向AC-DC变换电路输出的一半电压，同样的变压器匝比下，可获得更高的降压比；而当能量反向流动时，即当所述第二连接端外接电源时，两个隔离双向DC-DC变换电路的输出电压可进行叠加，输入的低电压转换为更高的输出电压，进而获得更高的升压比。
附图说明
图1是本发明高效隔离双向AC-DC变换器第一实施例的电路示意图。
图2是本发明第一实施例中双向AC-DC变换电路的电路示意图。
图3是本发明高效隔离双向AC-DC变换器第二实施例的电路示意图。
具体实施方式
为使本领域的普通技术人员更加清楚地理解本发明的目的、技术方案和优点，以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。
参照图1，图1展示了本发明高效隔离双向AC-DC变换器10第一实施例的电路示意图。如附图所示，所述高效隔离双向AC-DC变换器10包括双向AC-DC变换电路11及双向DC-DC变换电路12，所述双向AC-DC变换电路11的输出侧连接至所述双向DC-DC变换电路12的输入侧。
参照图2及图1，在附图所示的实施例中，所述双向AC-DC变换电路11包括依次连接的电感电路111、交直流双向功率变换电路112以及输出电容电路113，所述电感电路111输入侧两端作为该高效隔离双向AC-DC变换器10的第一连接端，所述电感电路111输出侧与所述交直流双向功率变换电路112连接。所述双向DC-DC变换电路12包括第一隔离双向DC-DC变换电路、第二隔离双向DC-DC变换电路以及滤波电容C5，所述第一隔离双向DC-DC变换电路输入侧的一端连接至所述双向AC-DC变换电路11的输出正，其另一端连接至所述输出电容电路113中点，所述第二隔离双向DC-DC变换电路输入侧的一端连接至所述双向AC-DC变换电路11的输出负，其另一端连接至所述输出电容电路113中点，所述第一隔离双向DC-DC变换电路的输出端连接所述第二隔离双向DC-DC变换电路的输出端，且连接至滤波电容C5两端，所述滤波电容C5的两端作为该高效双向AC-DC变换器10的第二连接端。本实施例中，当能量正向流通时，所述第一连接端作为输入端，连接外部交流电源，则所述第二连接端作为直流输出端，可连接外接负载；而当能量反向流通时，则第二连接端作为直流输入端，第一连接端作为交流输出端。
本实施例中，第一隔离双向DC-DC变换电路和第二隔离双向DC-DC变换电路的输入侧串联且输出侧并联连接，当能量正向流动时，即当所述第一连接端接入外部电源时，所述第一、第二隔离双向DC-DC变换电路均可获得所述双向AC-DC变换电路输出的一半电压，同样的变压器匝比下，可获得更高的降压比；而当能量反向流动时，即所述第二连接端外接电源时，则两个隔离双向DC-DC变换电路的输出电压可进行叠加，输入的低电压转换为更高的输出电压，进而获得更高的升压比。
在某些实施例，例如本实施例中，所述电感电路111包括第一变压器T1，所述第一变压器T1初级绕组的同名端及其次级绕组的异名端两端作为第一连接端，该第一变压器T1初级绕组的异名端及次级绕组的同名端均与所述交直流双向功率变换电路112连接。基于变压器运用在本电路中代替电感的设计，本发明所使用的第一变压器T1是把两个电感通过磁集成技术集成在一起，以减小电感绕线的匝数，和现有技术所使用的电感相比，体积较小，且可获得较高的工作效率。
在某些实施例，例如本实施例中，所述交直流双向功率变换电路112包括第一开关管Q1、第二开关管Q2第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5以及第六开关管Q6；本实施例中的所述开关管内均自带有二极管，进行整流时有两种状态，一种是开关管不动作，电流只流经该开关管内部自带的二极管；另一种是开关管内部自带的二极管先导通，再开通开关管，进行同步整流。。优选地，所述开关管选用MOSFET、SiC或IGBT，以实现更好的电路性能。其中，所述第一开关管Q1与所述第二开关管Q2反向串联构成双向开关，并连接至所述第一变压器T1初级绕组的异名端及次级绕组的同名端之间。所述第三开关管Q3及第四开关管Q4和所述第五开关管Q5及第六开关管Q6分别串联构成一个桥臂，两个桥臂并联在一起连接至所述双向AC-DC变换电路11的输出正及输出负之间，两个桥臂的中点分别与所述第一变压器T1初级绕组的异名端及次级绕组的同名端连接。基于上述设计，不论本实施例中的所述双向AC-DC转换电路是工作在整流模式还是逆变模式、第一开关管及第二开关管处于开通状态还是关断状态，都能保持两个所述桥臂中点之间电压恒定，以获得优异的EMI性能。
在某些其他实施例中，所述电感电路111可包括第一电感L1及第二电感L2，即用第一电感L1及第二电感L2代替本实施例中的第一变压器T1，其中所述第一电感L1的一端及所述第二电感L2的一端作为第一连接端，该第一电感L1的另一端及第二电感L2的另一端均连接至所述交直流双向功率变换电路112，即所述交直流双向功率变换电路112中的第一开关管Q1与所述第二开关管Q2反向串联构成双向开关，并连接至该第一电感L1的另一端及第二电感L2的另一端之间，且该第一电感L1的另一端及第二电感L2的另一端还分别连接至所述第三开关管Q3及第四开关管Q4和所述第五开关管Q5及第六开关管Q6分别串联所构成的桥臂中点。
在某些实施例，例如本实施例中，所述输出电容电路113包括第一电容C1及第二电容C2，所述第一电容C1及第二电容C2串联后连接至所述双向AC-DC变换电路11的输出正及输出负之间，所述第一电容C1及第二电容C2的连接点为所述输出电容电路113中点。
本实施例中，该双向AC-DC变换电路11的工作原理：当第一开关管Q1以及第二开关管Q2导通时，第一变压器T1储能。正半波周期时，外部输入电流流过第一变压器T1初级绕组同名端及异名端，再流经第一开关管Q1、第二开关管Q2以及第一变压器T1次级绕组，回到外部电源。负半波周期时，外部输入电流流过第一变压器T1次级绕组异名端及同名端，再流经第二开关管Q2、第一开关管Q1以及第一变压器T1初级绕组，回到外部电源。
当第一开关管Q1以及第二开关管Q2关闭时，第一变压器T1放电，有外部电源输入时第一变压器T1和外部电源将会同时给第一电容C1及第二电容C2充电。有外部电源输入且输入电流为正半波周期时，外部输入电流流经第一变压器T1初级绕组同名端及异名端，再流经第三开关管Q3、第一电容C1、第二电容C2、第六开关管Q6以及第一变压器T1次级绕组，回到外部电源。负半波周期时，外部输入电流流过第一变压器T1次级绕组异名端及同名端，再流经第五开关管Q5、第一电容C1、第二电容C2、第四开关管Q4以及第一变压器T1初级绕组，回到外部电源。可理解地，第一变压器T1给第一电容C1及第二电容C2充电过程电流流向与上述过程类似，在此不再赘述。
继续参照图1，在附图所示的实施例中，所述第一隔离双向DC-DC变换电路包括第二变压器T2、第八开关管Q8、第九开关管Q9以及第一钳位电路；其中，所述第二变压器T2初级绕组的异名端连接至所述双向AC-DC变换电路11的输出正，其同名端与所述第八开关管Q8串联后连接至所述输出电容电路113中点，所述第二变压器T2次级绕组的同名端与所述第二隔离双向DC-DC变换电路输出侧的一端及滤波电容C5的一端连接，其异名端与第九开关管Q9串联后与该第二隔离双向DC-DC变换电路输出侧的另一端及滤波电容C5的另一端连接，所述第一钳位电路包括第七开关管Q7以及第三电容C3，所述第七开关管Q7与所述第三电容C3串联后并联至所述第二变压器T2初级绕组两端。因在第八开关管Q8从开通状态转换为关断状态的瞬间，由于漏感的存在，其上的电流不能突变为零，其续流的电流将在第二变压器T2初级侧产生尖峰电压，可能导致第八开关管Q8两端电压超过管子耐压而损坏，而基于本电路中第一钳位电路的设计，其可将第八开关管Q8关断的瞬态尖峰能量通过第七开关管Q7自带的二极管存储到第三电容C3中，可避免初级侧漏感的续流能量给第八开关管Q8结电容充电，导致第八开关管Q8两端电压超过管子耐压而损坏。
在某些实施例，例如本实施例中，所述第二隔离双向DC-DC变换电路与所述第一隔离双向DC-DC变换电路结构相同。所述第二隔离双向DC-DC变换电路包括第三变压器T3、第十一开关管Q11、第十二开关管Q12以及第二钳位电路；其中，所述第三变压器T3初级绕组的异名端连接至所述输出电容电路113中点，其同名端与所述第十一开关管Q11串联后连接至所述双向AC-DC变换电路的输出负，所述第三变压器T3次级绕组的同名端连接至所述滤波电容C5中与第二变压器T2次级绕组的同名端连接的一端，其异名端与第十二开关管Q12串联后连接至所述滤波电容C5中与所述第九开关管Q9连接的一端，所述第二钳位电路包括第十开关管Q10以及第四电容C4，所述第十开关管Q10与所述第四电容C4串联后并联至所述第三变压器T3初级绕组两端。
本实施例中双向DC-DC变换电路12中的第一隔离双向DC-DC变换电路的工作原理如下：当初级侧控制开关即第八开关管Q8开通时，第一电容C1放电，输入电流从第一电容C1的一端流出，流经所述第二变压器T2初级绕组异名端及同名端，此时该第二变压器T2初级绕组侧的感应电动势为上正下负，再通过第八开关管Q8流回第一电容C1的另一端，而该第二变压器T2次级绕组侧的感应电动势为上负下正，第九开关管Q9将处于截止状态，所述第二变压器T2次级绕组侧电路不工作，该第二变压器T2存储能量，而所述第一钳位电路中的第七开关管Q7在所述第八开关管Q8开通时处于截止状态，即所述第一钳位电路不工作。
当第八开关管Q8关断时，第二变压器T2中存储的能量被释放到输出侧即其次级绕阻侧。此时第二变压器T2初级绕组侧的感应电动势为上负下正，其次级绕组侧的感应电动势为上正下负，电流从第二变压器T2次级绕组的同名端流入，流经滤波电容C5、第九开关管Q9及其异名端。
同时存储在第二变压器T2漏感的续流能量通过第七开关管Q7自带的二极管存储到第三电容C3中，同步开通第七开关管Q7，第三电容C3中吸收的能量通过所述第二变压器T2释放到负载以及存储到漏感中，当漏感中的续流能量完全被第三电容C3吸收时，第二变压器T2初级绕组侧的电流下降到零，关断第七开关管Q7，此时，第三电容C3，第七开关管Q7、漏感、第二变压器T2初级绕组侧这个回路断开，而电感电流不能突变，电流通过漏感、第二变压器T2初级绕组侧、第一电容C1、第八开关管Q8的体二极管，回到漏感，此时，开通第八开关管Q8，Q8实现ZVS软开关导通。
综上可知，当第八开关管Q8开通时，直流输入电压加到所述第二变压器T2初级绕组，该第二变压器T2存储能量；当所述第八开关管Q8关断时，直流输入电压与所述第二变压器T2初级绕组断开，该第二变压器T2在所述第八开关管Q8开通期间所存储的能量通过其次级绕阻可释放给外接负载；且此时所述第一钳位电路工作，吸收第八开关管Q8关断后漏感续流的能量，能量吸收完后可反向通过所述第二变压器T2将能量释放到外接负载以及存储到漏感中，通过关断第七开关管Q7，然后漏感续流，实现第八开关管Q8的ZVS软开关导通。。所述第二隔离双向DC-DC变换电路的工作原理与所述第一隔离双向DC-DC变换电路一致，在此不再赘述。
参照图3，图3展示了本发明高效隔离双向AC-DC变换器10第二实施例的电路示意图。本实施例与第一实施例的不同之处在于两个所述隔离双向DC-DC变换电路的具体电路结构与第一实施例中的隔离双向DC-DC变换电路不同，第一实施例中的隔离双向DC-DC变换电路采用的是反激式电路，而本实施例中的隔离双向DC-DC变换电路采用的是正激式电路。
在某些实施例，例如本实施例中，所述第一隔离双向DC-DC变换电路包括第四变压器T4、第三电感L3、第十三开关管Q13、第十四开关管Q14、第十五开关管Q15以及第一复位电路；其中，所述第四变压器T4初级绕组的同名端与所述第十三开关管Q13串联后连接至所述双向AC-DC变换电路11的输出正，其异名端与所述第十四开关管Q14串联后连接至所述输出电容电路113中点，所述第四变压器T4次级绕组的同名端连接所述第三电感L3的一端，该第三电感L3的另一端与所述第二隔离双向DC-DC变换电路输出侧的一端及滤波电容C5的一端连接，其异名端与第十五开关管Q15串联后与该第二隔离双向DC-DC变换电路输出侧的另一端及滤波电容C5的另一端连接，所述第一复位电路包括第一二极管D1及第二二极管D2，所述第一二极管D1的阳极与所述第四变压器T4初级绕组的异名端连接，其阴极连接至所述双向AC-DC变换电路11的输出正，所述第二二极管D2的阴极与所述第四变压器T4初级绕组的同名端连接，其阳极连接至所述输出电容电路113中点。基于所述第一复位电路的设计，可在第四变压器T4初级绕组侧的两个开关管关断后，通过所述二极管吸收所述第四变压器T4上的漏感能量，可避免漏感能量给开关管结电容充电，导致开关管两端电压超过管子耐压而损坏。
在某些实施例，例如本实施例中，所述第二隔离双向DC-DC变换电路包括第五变压器T5、第四电感L4、第十六开关管Q16、第十七开关管Q17、第十八开关管Q18以及第二复位电路；其中，所述第五变压器T5初级绕组的同名端与所述第十六开关管Q16串联后连接至所述输出电容电路113中点，其异名端与所述第十七开关管Q17串联后连接至所述双向AC-DC变换电路11的输出负，所述第五变压器T5次级绕组的同名端连接所述第四电感L4的一端，该第四电感L4的另一端连接至滤波电容C5中与所述第三电感L3连接的一端，其异名端与第十八开关管Q18串联后连接至滤波电容C5中与所述第十五开关管Q15连接的一端，所述第二复位电路包括第三二极管D3及第四二极管D4，所述第三二极管D3的阳极与所述第五变压器T5初级绕组的异名端连接，其阴极连接至所述输出电容电路113中点，所述第四二极管D4的阴极与所述第五变压器T5初级绕组的同名端连接，其阳极连接至所述双向AC-DC变换电路11的输出负。
本实施例中双向DC-DC变换电路12中的第一隔离双向DC-DC变换电路的工作原理如下：当第十三开关管Q13及第十四开关管Q14开通时，所述第一二极管D1及所述第二二极管D2均处于反向截止状态，所述第一复位电路不工作；而输入电流从第一电容C1的一端流出，流经第十三开关管Q13、所述第四变压器T4初级绕组同名端、异名端，此时该第四变压器T4初级绕组侧的感应电动势为上正下负，再通过第十四开关管Q14流回第一电容C1的另一端，而该第四变压器T4次级绕组侧的感应电动势也为上正下负，电流从所述第四变压器T4次级绕组的同名端流入，流经第三电感L3、滤波电容C5、第十五开关管Q15及第四变压器T4次级绕组的异名端。
当第十三开关管Q13及第十四开关管Q14关断时，所述第一二极管D1及所述第二二极管D2均处于正向导通状态，所述第一复位电路工作，此时存储在第四变压器T4漏感的续流能量需要泄放，其泄放时电流从所述第四变压器T4初级绕组的异名端流出，流经第一二极管D1、第一电容C1，第二二极管D2以及其初级绕组的同名端，此时第四变压器T4初级绕组侧的感应电动势为上负下正，该第四变压器T4次级绕组侧的感应电动势也为上负下正，此时第十五开关管Q15处于截止状态，所述第四变压器T4次级绕组侧电路不工作。
综上可知，当所述第十三开关管Q13及第十四开关管Q14开通时，第四变压器T4初级绕组侧的电流上升，且向次级绕组传递能量，第十五开关管Q15导通，可向外接负载释放能量；当所述第十三开关管Q13及第十四开关管Q14关断时，直流输入电压与所述第四变压器T4初级绕组断开，此时所述第一复位电路工作，吸收两个开关管关断后漏感续流的能量，第四变压器T4进行磁复位。所述第二隔离双向DC-DC变换电路的工作原理与所述第一隔离双向DC-DC变换电路一致，在此不再赘述。
如上所述，本发明的高效隔离双向AC-DC变换器中双向DC-DC变换电路的第一隔离双向DC-DC变换电路和第二隔离双向DC-DC变换电路的输入侧串联、输出侧并联连接，基于两个隔离双向DC-DC变换电路的连接设计，当能量正向流动时，所述第一、第二隔离双向DC-DC变换电路均可获得所述双向AC-DC变换电路输出的一半电压，同样的变压器匝比下，可获得更高的降压比；而当能量反向流动时，即当所述第二连接端外接电源时，两个隔离双向DC-DC变换电路的输出电压可进行叠加，输入的低电压转换为更高的输出电压，进而获得更高的升压比。
以上所述仅为本发明的优选实施例，而非对本发明做任何形式上的限制。本领域的技术人员可在上述实施例的基础上施以各种等同的更改和改进，凡在权利要求范围内所做的等同变化或修饰，均应落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高效隔离双向AC-DC变换器，其特征在于：所述高效隔离双向AC-DC变换器包括双向AC-DC变换电路及双向DC-DC变换电路，所述双向AC-DC变换电路的输出侧连接至所述双向DC-DC变换电路的输入侧；其中，
所述双向AC-DC变换电路包括依次连接的电感电路、交直流双向功率变换电路以及输出电容电路，所述电感电路输入侧两端作为该高效隔离双向AC-DC变换器的第一连接端，所述电感电路输出侧与所述交直流双向功率变换电路连接；
所述双向DC-DC变换电路包括第一隔离双向DC-DC变换电路、第二隔离双向DC-DC变换电路以及滤波电容，所述第一隔离双向DC-DC变换电路输入侧的一端连接至所述双向AC-DC变换电路的输出正，其另一端连接至所述输出电容电路中点，所述第二隔离双向DC-DC变换电路输入侧的一端连接至所述双向AC-DC变换电路的输出负，其另一端连接至所述输出电容电路中点，所述第一隔离双向DC-DC变换电路的输出端连接所述第二隔离双向DC-DC变换电路的输出端，且连接至滤波电容两端，所述滤波电容的两端作为该高效双向AC-DC变换器的第二连接端。
2.如权利要求1所述的高效隔离双向AC-DC变换器，其特征在于：所述电感电路包括第一电感及第二电感，所述第一电感的一端及所述第二电感的一端作为第一连接端，该第一电感的另一端及第二电感的另一端均连接至所述交直流双向功率变换电路。
3.如权利要求1所述的高效隔离双向AC-DC变换器，其特征在于：所述电感电路包括第一变压器，所述第一变压器初级绕组的同名端及其次级绕组的异名端两端作为第一连接端，该第一变压器初级绕组的异名端及次级绕组的同名端均与所述交直流双向功率变换电路连接。
4.如权利要求1所述的高效隔离双向AC-DC变换器，其特征在于：所述交直流双向功率变换电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管以及第六开关管；其中，所述第一开关管与所述第二开关管反向串联构成双向开关，并连接至所述输出电感电路输出侧两端，所述第三开关管及第四开关管和所述第五开关管及第六开关管分别串联构成一个桥臂，两个桥臂并联在一起连接至所述双向AC-DC变换电路的输出正及输出负之间，两个桥臂的中点分别连接至所述输出电感电路输出侧两端。
5.如权利要求1所述的高效隔离双向AC-DC变换器，其特征在于：所述输出电容电路包括第一电容及第二电容，所述第一电容及第二电容串联后连接至所述双向AC-DC变换电路的输出正及输出负之间，所述第一电容及第二电容的连接点为所述输出电容电路中点。
6.如权利要求1所述的高效隔离双向AC-DC变换器，其特征在于：所述第一隔离双向DC-DC变换电路包括第二变压器、第八开关管、第九开关管以及第一钳位电路；其中，所述第二变压器初级绕组的异名端连接至所述双向AC-DC变换电路的输出正，其同名端与所述第八开关管串联后连接至所述输出电容电路中点，所述第二变压器次级绕组的同名端与所述第二隔离双向DC-DC变换电路输出侧的一端及滤波电容的一端连接，其异名端与第九开关管串联后与该第二隔离双向DC-DC变换电路输出侧的另一端及滤波电容的另一端连接，所述第一钳位电路包括第七开关管以及第三电容，所述第七开关管与所述第三电容串联后并联至所述第二变压器初级绕组两端。
7.如权利要求6所述的高效隔离双向AC-DC变换器，其特征在于：所述第二隔离双向DC-DC变换电路包括第三变压器、第十一开关管、第十二开关管以及第二钳位电路；其中，所述第三变压器初级绕组的异名端连接至所述输出电容电路中点，其同名端与所述第十一开关管串联后连接至所述双向AC-DC变换电路的输出负，所述第三变压器次级绕组的同名端连接至所述滤波电容中与第二变压器次级绕组的同名端连接的一端，其异名端与第十二开关管串联后连接至所述滤波电容中与所述第九开关管连接的一端，所述第二钳位电路包括第十开关管以及第四电容，所述第十开关管与所述第四电容串联后并联至所述第三变压器初级绕组两端。
8.如权利要求1所述的高效隔离双向AC-DC变换器，其特征在于：所述第一隔离双向DC-DC变换电路包括第四变压器、第三电感、第十三开关管、第十四开关管、第十五开关管以及第一复位电路；其中，所述第四变压器初级绕组的同名端与所述第十三开关管串联后连接至所述双向AC-DC变换电路的输出正，其异名端与所述第十四开关管串联后连接至所述输出电容电路中点，所述第四变压器次级绕组的同名端连接所述第三电感的一端，该第三电感的另一端与所述第二隔离双向DC-DC变换电路输出侧的一端及滤波电容的一端连接，其异名端与第十五开关管串联后与该第二隔离双向DC-DC变换电路输出侧的另一端及滤波电容的另一端连接，所述第一复位电路包括第一二极管及第二二极管，所述第一二极管的阳极与所述第四变压器初级绕组的异名端连接，其阴极连接至所述双向AC-DC变换电路的输出正，所述第二二极管的阴极与所述第四变压器初级绕组的同名端连接，其阳极连接至所述输出电容电路中点。
9.如权利要求8所述的高效隔离双向AC-DC变换器，其特征在于：所述第二隔离双向DC-DC变换电路包括第五变压器、第四电感、第十六开关管、第十七开关管、第十八开关管以及第二复位电路；其中，所述第五变压器初级绕组的同名端与所述第十六开关管串联后连接至所述输出电容电路中点，其异名端与所述第十七开关管串联后连接至所述双向AC-DC变换电路的输出负，所述第五变压器次级绕组的同名端连接所述第四电感的一端，该第四电感的另一端连接至滤波电容中与所述第三电感连接的一端，其异名端与第十八开关管串联后连接至滤波电容中与所述第十五开关管连接的一端，所述第二复位电路包括第三二极管及第四二极管，所述第三二极管的阳极与所述第五变压器初级绕组的异名端连接，其阴极连接至所述输出电容电路中点，所述第四二极管的阴极与所述第五变压器初级绕组的同名端连接，其阳极连接至所述双向AC-DC变换电路的输出负。
10.如权利要求4、6、7、8或9所述的高效隔离双向AC-DC变换器，其特征在于：所述开关管选用MOSFET、SiC或IGBT。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109450260A (zh) * | 2018-12-19 | 2019-03-08 | 电子科技大学 | 一种电容串接式交错并联反激电路 |
| CN111542997A (zh) * | 2019-07-08 | 2020-08-14 | 深圳欣锐科技股份有限公司 | 集成车载充电机的有源箝位正反激组合式电路 |
| CN116995937A (zh) * | 2023-09-26 | 2023-11-03 | 深圳市永联科技股份有限公司 | 双向功率变换的串并联切换电路 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1758521A (zh) * | 2005-11-11 | 2006-04-12 | 福州大学 | 单级双向降压直流变换器型高频环节逆变器 |
| CN103117577A (zh) * | 2013-02-04 | 2013-05-22 | 杭州高特电子设备有限公司 | 电动汽车电池组能量均衡电路 |
| CN205051573U (zh) * | 2015-11-02 | 2016-02-24 | 石家庄通合电子科技股份有限公司 | 一种全桥单相功率因数校正电路 |
-
2017
- 2017-05-19 CN CN201710358467.7A patent/CN107147324A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1758521A (zh) * | 2005-11-11 | 2006-04-12 | 福州大学 | 单级双向降压直流变换器型高频环节逆变器 |
| CN103117577A (zh) * | 2013-02-04 | 2013-05-22 | 杭州高特电子设备有限公司 | 电动汽车电池组能量均衡电路 |
| CN205051573U (zh) * | 2015-11-02 | 2016-02-24 | 石家庄通合电子科技股份有限公司 | 一种全桥单相功率因数校正电路 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109450260A (zh) * | 2018-12-19 | 2019-03-08 | 电子科技大学 | 一种电容串接式交错并联反激电路 |
| CN111542997A (zh) * | 2019-07-08 | 2020-08-14 | 深圳欣锐科技股份有限公司 | 集成车载充电机的有源箝位正反激组合式电路 |
| CN116995937A (zh) * | 2023-09-26 | 2023-11-03 | 深圳市永联科技股份有限公司 | 双向功率变换的串并联切换电路 |
| CN116995937B (zh) * | 2023-09-26 | 2023-12-01 | 深圳市永联科技股份有限公司 | 双向功率变换的串并联切换电路 |
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