CN107769559A - 一种可以实现快速换向的双向dc/dc变换电路 - Google Patents

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牛志伟
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Abstract

本发明涉及一种可以实现快速换向的双向DC/DC变换电路，涉及DC/DC变换电路技术领域。本发明采用了多个双向开关按照特定连接方式组合控制电感电流的流向，使电感电流在不换向的情况下，完成变换电路工作模式的转变。取得了换向快速，使用元器件少，电路结构简单，成本低廉，控制方便的技术效果。本发明可用于取代现有的双向变换器，用于蓄电池充放电电路等。

Description

一种可以实现快速换向的双向DC/DC变换电路
技术领域
本发明涉及DC/DC变换电路技术领域，具体涉及一种可以实现快速换向的双向DC/DC变换电路。
背景技术
常规的双向DC/DC变换电路包括两个功率开关管，一个电感，一个输出滤波电容，一个输入滤波电容，这种双向DC/DC变换电路，进行换向时，由于电感的续流作用，不能立刻变换电能的传输方向，需要电感电流下降到零后，才能转变工作模式，转换时间长。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何设计一种控制策略简单、结构简单、能够迅速实现由正向到反向或者由反向到正向工作模式转换的DC/DC电路。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种可以实现快速换向的双向DC/DC变换电路，包括一个供电电源、一个负载，2个功率开关管V1～V2，一个高压侧滤波电容C1，一个低压侧滤波电容C2、一个电感L1以及四个双向开关；
工作于正向降压模式时，Vhigh为高压侧供电电源，Vlow为低压侧负载，电能传输方向为从高压侧至低压侧；工作于反向升压模式时，Vhigh为高压侧负载，Vlow为低压侧供电电源，电能传输方向为从低压侧至高压侧；
所述双向开关均由两个功率开关管的源极相连组成时，设四个双向开关分别包含：功率开关管V3、V4，功率开关管V5、V6，功率开关管V7、V8，以及功率开关管V9、V10，则，
电容C1与Vhigh并联，功率开关管V1的漏极与Vhigh的正端相连，功率开关管V1的源极与功率开关管V2的漏极及功率开关管V3的漏极、功率开关管V5的漏极相连，功率开关管V2的源极与Vhigh的负端相连。
功率开关管V3的源极与V4的源极相连、功率开关管V5的源极与V6的源极相连；功率开关管V4的漏极与功率开关管V7的漏极相连、功率开关管V6的漏极与功率开关管V9的漏极相连；功率开关管V7的源极与V8的源极相连、功率开关管V9的源极与V10的源极相连；功率开关管V8的漏极与功率开关管V10的漏极相连，同时与Vlow的正端相连。
电感L1一端与V4及V7的漏极相连，另一端与V5及V9的漏极相连。
电容C2与Vlow并联，同时Vlow的负端与Vhigh的负端相连。
优选地，所述双向开关具有第二种形式：一个功率开关及四只二极管相连组成双向开关，功率开关管V3、V4，功率开关管V5、V6，功率开关管V7、V8，以及功率开关管V9、V10组合中的任一双向开关由此由第二种形式的双向开关进行替换。
优选地，所述双向开关具有第三种形式：两个功率开关管的漏极相连组成双向开关；功率开关管V3、V4，功率开关管V5、V6，功率开关管V7、V8，以及功率开关管V9、V10组合中的任一双向开关由此由第三种形式的双向开关进行替换。
优选地，所述双向开关具有第二种形式：一个功率开关及四只二极管相连组成双向开关，第三种形式：两个功率开关管的漏极相连组成双向开关；功率开关管V3、V4，功率开关管V5、V6，功率开关管V7、V8，以及功率开关管V9、V10组合中的任一双向开关由此由第二种形式的双向开关，或第三种形式的双向开关进行替换。
(三)有益效果
本发明采用了多个双向开关按照特定连接方式组合控制电感电流的流向，使电感电流在不换向的情况下，完成变换电路工作模式的转变。取得了换向快速，使用元器件少，电路结构简单，成本低廉，控制方便的技术效果。本发明可用于取代现有的双向变换器，用于蓄电池充放电电路等。
附图说明
图1是本发明的实施例的双向DC/DC变换电路的电路图；
图2是本发明的电路中双向开关的几种实现形式示意图；
图3是本发明的双向DC/DC变换电路的电路图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
实施例1
如图1所示，本发明实施例1的快速换向的双向DC/DC变换电路，包括10个功率开关管V1～V10，一个高压侧滤波电容C1，一个低压侧滤波电容C2，一个电感L1。
工作于正向降压模式时，Vhigh为高压侧供电电源，Vlow为低压侧负载，电能传输方向为从高压侧至低压侧；工作于反向升压模式时，Vhigh为高压侧负载，Vlow为低压侧供电电源，电能传输方向为从低压侧至高压侧。
电容C1与Vhigh并联，功率开关管V1的漏极与Vhigh的正端相连，功率开关管V1的源极与功率开关管V2的漏极及功率开关管V3的漏极、功率开关管V5的漏极相连，功率开关管V2的源极与Vhigh的负端相连。
功率开关管V3的源极与V4的源极相连、功率开关管V5的源极与V6的源极相连；功率开关管V4的漏极与功率开关管V7的漏极相连、功率开关管V6的漏极与功率开关管V9的漏极相连；功率开关管V7的源极与V8的源极相连、功率开关管V9的源极与V10的源极相连；功率开关管V8的漏极与功率开关管V10的漏极相连，同时与Vlow的正端相连。
电感L1一端与V4及V7的漏极相连，另一端与V5及V9的漏极相连。
电容C2与Vlow并联，同时Vlow的负端与Vhigh的负端相连。
该变换器按常通的功率开关管不同，可以有两种工作方式。
工作方式1为：
工作于正向降压模式时，功率开关管V1为主开关，功率开关管V2保持常断或者与V1互补导通，V3、V4、V9、V10保持常通，V5、V6、V7、V8保持常断。
工作于反向升压模式时，功率开关管V2为主开关，功率开关管V1保持常断或者与V2互补导通，V5、V6、V7、V8保持常通，V3、V4、V9、V10保持常断。
工作方式2为：
工作于正向降压模式时，功率开关管V1为主开关，功率开关管V2保持常断或者与V1互补导通，V5、V6、V7、V8保持常通、V3、V4、V9、V10保持常断。
工作于反向升压模式时，功率开关管V2为主开关，功率开关管V1保持常断或者与V2互补导通，V3、V4、V9、V10保持常通、V5、V6、V7、V8保持常断。
不论处于哪种工作方式，由正向降压模式转换为反向升压模式时，将之前常通的双向开关转换为常断，而常断的双向开关转换为常通，由于电感自身电流的流向不变，因此没有换向延迟时间，转换后Vhigh由源变为负载，Vlow由负载变为源。
同理，由反向升压模式转换为正向降压模式时，此时仍然需要将之前常通的双向开关转换为常断，而常断的双向开关转换为常通，同样电感电流的方向不变，没有换向延迟时间，Vhigh由负载变为源输出功率，Vlow由源变为负载输出功率。
在实施例1中，本质上功率开关管V3及V4组成一个双向开关，功率开关管V5及V6组成一个双向开关，功率开关管V7及V8组成一个双向开关，功率开关管V9及V10组成一个双向开关；电感L1电流的方向由功率开关管组成的4个双向开关控制；
由于双向开关可以有不同的接法，因此功率开关管在电路中可以有不同的组合形式：第一种形式：两个功率开关管的源极相连组成双向开关；第二种形式：一个功率开关及四只二极管相连组成双向开关；或者第三种形式：两个功率开关管的漏极相连组成双向开关，如图2所示。实施例1中的任一双向开关，均可由第二或第三种双向开关进行替换，如图3所示。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种可以实现快速换向的双向DC/DC变换电路，其特征在于，包括一个供电电源、一个负载，2个功率开关管V1～V2，一个高压侧滤波电容C1，一个低压侧滤波电容C2、一个电感L1以及四个双向开关；
工作于正向降压模式时，Vhigh为高压侧供电电源，Vlow为低压侧负载，电能传输方向为从高压侧至低压侧；工作于反向升压模式时，Vhigh为高压侧负载，Vlow为低压侧供电电源，电能传输方向为从低压侧至高压侧；
所述双向开关均由两个功率开关管的源极相连组成时，设四个双向开关分别包含：功率开关管V3、V4，功率开关管V5、V6，功率开关管V7、V8，以及功率开关管V9、V10，则，
电容C1与Vhigh并联，功率开关管V1的漏极与Vhigh的正端相连，功率开关管V1的源极与功率开关管V2的漏极及功率开关管V3的漏极、功率开关管V5的漏极相连，功率开关管V2的源极与Vhigh的负端相连。
功率开关管V3的源极与V4的源极相连、功率开关管V5的源极与V6的源极相连；功率开关管V4的漏极与功率开关管V7的漏极相连、功率开关管V6的漏极与功率开关管V9的漏极相连；功率开关管V7的源极与V8的源极相连、功率开关管V9的源极与V10的源极相连；功率开关管V8的漏极与功率开关管V10的漏极相连，同时与Vlow的正端相连。
电感L1一端与V4及V7的漏极相连，另一端与V5及V9的漏极相连。
电容C2与Vlow并联，同时Vlow的负端与Vhigh的负端相连。
2.如权利要求1所述的可以实现快速换向的双向DC/DC变换电路，其特征在于，所述双向开关具有第二种形式：一个功率开关及四只二极管相连组成双向开关，功率开关管V3、V4，功率开关管V5、V6，功率开关管V7、V8，以及功率开关管V9、V10组合中的任一双向开关由此由第二种形式的双向开关进行替换。
3.如权利要求1所述的可以实现快速换向的双向DC/DC变换电路，其特征在于，所述双向开关具有第三种形式：两个功率开关管的漏极相连组成双向开关；功率开关管V3、V4，功率开关管V5、V6，功率开关管V7、V8，以及功率开关管V9、V10组合中的任一双向开关由此由第三种形式的双向开关进行替换。
4.如权利要求1所述的可以实现快速换向的双向DC/DC变换电路，其特征在于，所述双向开关具有第二种形式：一个功率开关及四只二极管相连组成双向开关，第三种形式：两个功率开关管的漏极相连组成双向开关；功率开关管V3、V4，功率开关管V5、V6，功率开关管V7、V8，以及功率开关管V9、V10组合中的任一双向开关由此由第二种形式的双向开关，或第三种形式的双向开关进行替换。
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