CN109450258A - 一种双向buck boost线路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双向BUCK BOOST线路，它涉及电力电子技术领域；当V1端作为输入端，V2端作为输出端时，具有BUCK与Boost模式；BUCK模式时，高频开关二、高频开关三不开通，高频开关一打PWM；Boost模式时，高频开关三不开通，高频开关一长通，高频开关二打PWM；在高频开关三不开通时，调整高频开关一与高频开关二的PWM，实现BUCK与BOOST之间的切换；当V2端作为输出入端，V1端作为输出端时，同样具有BUCK模式与Boost模式；本发明可双向工作于BUCK模式或BOOST模式，调整开关管的开关模式可输入输出随意切换；控制简单，器件数量少，易于实现。

Description

一种双向BUCK BOOST线路
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种双向BUCK BOOST线路。
背景技术
参见图1，降压式变换电路BUCK电路输出电压小于输入电压。通过控制开关管Q1通断，对输入电压进行降压。
当开关管Q1开通时，Vin同时给同芯耦合电感L1，电容C1充电，同时给负载提供能量。等效线路如图2所示；
当开关管Q1断开时，同芯耦合电感L1通过二极管D1续流，负载依靠电容C1放电以及减小电感的电流维持，等效线路如图3所示；
如图4所示，Boost电路又称升压电路，输出电压大于输入电压。通过控制开关管Q1通断，对输入电压进行升压。
当开关管Q1导通时，Vin对同芯耦合电感L1进行充电，二极管D1截止，负载通过电容C1维持，等效图如图5所示；
当开关管Q1关断时，Vin和同芯耦合电感L1一起通过二极管D1给电容C1充电，同时给负载供电，等效图如图6所示；
综上所述，BUCK电路存在如下缺点：
一、目前双向DCDC电路，能量可双向流动，但只能实现单方向BOOST 和反方向BUCK。
二、Cuk斩波电路，可以实现BUCK BOOST功能，但能量只能单方向流动，且需要大容量电容，实现难度很大，成本很高。
发明内容
为解决现有的双向DCDC电路只能实现单方向BOOST和反方向BUCK；Cuk斩波电路可以实现BUCK BOOST功能，但能量只能单方向流动，且需要大容量电容，实现难度很大，成本很高的问题；本发明提供一种双向 BUCK BOOST线路。
本发明的一种双向BUCK BOOST线路，它包括高频开关一、高频开关二、高频开关三、电容一、电容二、同芯耦合电感；V1端的一端与电容一的正极、高频开关一的集电极电性连接，高频开关一的发射极与同芯耦合电感的1脚电性连接，同芯耦合电感的2脚与高频开关二的集电极电性连接，高频开关二的发射极分别与V1端的另一端、电容一的负极、电容二的负极、V2端的另一端电性连接，同芯耦合电感的3脚与高频开关三的发射极电性连接，高频开关三的集电极与电容二的正极、V2端的一端电性连接，高频开关一、高频开关二、高频开关三的发射极分别与二极管一、二极管二、二极管三的正极电性连接，频开关一、高频开关二、高频开关三的集电极分别与二极管一、二极管二、二极管三的负极电性连接；双向BUCK BOOST线路在两个方向同时具有BUCK模式与Boost 模式；当V1作为输入端，V2作为输出端时，具有BUCK与Boost模式； BUCK模式时，高频开关二、高频开关三不开通，高频开关一打PWM；Boost 模式时，高频开关三不开通，高频开关一长通，高频开关二打PWM；在高频开关三不开通时，调整高频开关一与高频开关二的PWM，可以实现BUCK 与BOOST之间的切换；当V2作为输出入端，V1作为输出端时，同样具有 BUCK与BOOST模式，BUCK模式时，高频开关一、高频开关二不开通，高频开关三打PWM；Boost模式时，高频开关一不开通，高频开关三长通，高频开关二打PWM；在高频开关一不开通时，调整高频开关三与高频开关二的PWM，同样实现BUCK与BOOST之间切换；通过对高频开关一、高频开关二与高频开关三的控制，实现输入与输出，boost与buck之间的任意切换。
作为优选，所述同芯耦合电感由第一电感与第二电感串联而成。
作为优选，所述BUCK模式：在高频开关二、高频开关三不开通，高频开关一用PWM控制通断，此时V1端为输入端，V2端为输出端电压小于 V1端电压，V2端电压的电压值随高频开关一的duty变化而变化；在高频开关一、高频开关二不开通，高频开关三用PWM控制通断，V1端电压小于V2端。
作为优选，所述BUCK模式下当高频开关一开通时，输入电压通过高频开关一，三极管三给同芯耦合电感和电容二充电，同时给负载供电，当高频开关一关断时，第二电感通过二极管二和二极管三续流释放耦合电感中储存的能量，负载依靠电容二放电以及减小电感电流维持。
作为优选，所述Boost模式：在高频开关三不开通，高频开关一长通，高频开关二用PWM控制，输出电压大于输入电压，输出电压电压值随高频开关二的duty变化而变化。
作为优选，所述Boost模式下当高频开关二开通时，输入电压通过高频开关一和高频开关二对第一电感充电，三极管三截止，负载由电容二维持，当高频开关二关断时，输入电压和第一电感一起通过第二电感，三极管三给电容二充电，并给负载供电；当高频开关三不开通，调整高频开关一与高频开关二的PWM切换时序，实现BUCK与BOOST之间的平缓切换。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
一、可双向工作于BUCK模式或BOOST模式，适用于多种应用需求，例如储能逆变器的电池充放电线路，PV升压线路，UPS，充电桩中各种直流电压变换场合等等；
二、单向工作时，可通过调整开关管PWM控制，在BUCK和BOOST之间随意平滑切换；
三、元器件使用数量少，控制简单，容易实现；
四、在单相机应用中可与INV结合，将输入电压变化为馒头波，INV 管则可选用慢管，对馒头波进行切换，提高INV抗冲击能力，提高可靠性。
附图说明
为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。
图1为背景技术中BUCK电路的电路图；
图2为背景技术中BUCK电路中开关管开通后的等效线路图；
图3为背景技术中BUCK电路中开关管断开后的等效线路图；
图4为背景技术中Boost电路的电路图；
图5为背景技术中Boost电路中开关管导通的等效电路图；
图6为背景技术中Boost电路中开关管关断的等效电路图；
图7为本发明的电路图；
图8为本发明中BUCK模式下高频开关一开通的等效图；
图9为本发明中BUCK模式下高频开关一关断的等效图；
图10为本发明中BUCK模式的仿真结果图；
图11为本发明中Boost模式下高频开关二开通的等效图；
图12为本发明中Boost模式下高频开关二关断的等效图；
图13为本发明中Boost模式的仿真结果图；
图14为本发明中实现BUCK与BOOST之间的平缓切换的示意图。
图中：Q1-高频开关一；Q2-高频开关二；Q3-高频开关三；C1-电容一；C2-电容二；L1_L2-同芯耦合电感；D1-二极管一；D2-二极管二；D3- 二极管三。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
如图7所示，本具体实施方式采用以下技术方案：它包括高频开关一Q1、高频开关二Q2、高频开关三Q3、电容一C1、电容二C2、同芯耦合电感L1_L2；V1端的一端与电容一C1的正极、高频开关一Q1的集电极电性连接，高频开关一Q1的发射极与同芯耦合电感L1_L2的1脚电性连接，同芯耦合电感L1_L2的2脚与高频开关二Q2的集电极电性连接，高频开关二Q2的发射极分别与V1端的另一端、电容一C1的负极、电容二C2的负极、V2端的另一端电性连接，同芯耦合电感L1_L2的3脚与高频开关三Q3的发射极电性连接，高频开关三Q3的集电极与电容二C2的正极、V2端的一端电性连接，高频开关一Q1、高频开关二Q2、高频开关三Q3的发射极分别与二极管一D1、二极管二D2、二极管三D3的正极电性连接，频开关一Q1、高频开关二Q2、高频开关三Q3的集电极分别与二极管一D1、二极管二D2、二极管三D3的负极电性连接。
如图7所示，双向BUCK BOOST线路具有BUCK模式与Boost模式； BUCK模式时，高频开关一Q1、高频开关二Q2不开通，高频开关三Q3打 PWM；Boost模式时，高频开关一Q1不开通，高频开关三Q3长通，高频开关二Q2打PWM；在高频开关一Q1不开通时，调整高频开关三Q3与高频开关二Q2的PWM，同样实现BUCK与BOOST之间切换。图中能量从左向右传递时，即当V1端为输入端，V2端为输出端时；同时Q1、Q2、Q3为高频开关，可选用各种晶体管如IGBT，MOS，BJT等等，(D1、D2、D3) 为二极管，可选用独立的二极管，亦可为IGBT/MOS体内封装二极管。
所述同芯耦合电感L1_L2由第一电感L1与第二电感L2串联而成；在不同的应用场合可以通过设定不同的感值达到不同的变压效果，更灵活适用于各种需求的场景，并可通过参数设定达到更高效率。
进一步的，BUCK模式：在高频开关二Q2、高频开关三Q3不开通，高频开关一Q1用PWM控制通断，V2端电压小于V1端电压，V2端电压的电压值随高频开关一Q1的duty变化而变化。
如图8所示；BUCK模式下当高频开关一Q1开通时，V1端电压通过高频开关一Q1，三极管三D3给同芯耦合电感L1_L2和电容二C2充电，同时给负载供电；
如图9所示；当高频开关一Q1关断时，第二电感L2通过二极管二 D2和二极管三D3续流释放耦合电感中储存的能量，负载依靠电容二C2 放电以及减小电感电流维持。
BUCK模式下的仿真结果如图10所示；图中V1_in为输入电压，仿真中以200V为例，Vg_Q1为开关管Q1的驱动信号，V2_out为输出电压，可以看出随Vg_Q1的duty不同，输出电压会随之变化，duty越大，输出电压越接近200V，duty越小，则越接近0V。进一步的，所述Boost模式：在高频开关三Q3不开通，高频开关一Q1长通，高频开关二Q2用PWM控制，V2端电压大于V1端电压，V2端电压的电压值随高频开关二Q2的duty 变化而变化。
如图11所示，所述Boost模式下当高频开关二Q2开通时，V1端的电压通过高频开关一Q1和高频开关二Q2对第一电感L1充电，三极管三 D3截止，负载由电容二C2维持；
如图12所示；当高频开关二Q2关断时，V1端输入电压和第一电感 L1一起通过第二电感L2，三极管三D3给电容二C2充电，并给负载供电；
Boost模式的仿真结果如图13所示。图中V1_in为输入电压，仿真中同样以200V为例，Vg_Q2为开关管Q2的驱动信号，V2_out为输出电压，可以看出随Vg_Q1的duty不同，输出电压会随之变化，duty越大，输出电压越高。如图14所示，当高频开关三Q3不开通，调整高频开关一Q1与高频开关二Q2的PWM切换时序，实现BUCK与BOOST之间的平缓切换。

Claims (6)

1.一种双向BUCK BOOST线路，其特征在于：它包括高频开关一、高频开关二、高频开关三、电容一、电容二、同芯耦合电感；V1端的一端与电容一的正极、高频开关一的集电极电性连接，高频开关一的发射极与同芯耦合电感的1脚电性连接，同芯耦合电感的2脚与高频开关二的集电极电性连接，高频开关二的发射极分别与V1端的另一端、电容一的负极、电容二的负极、V2端的另一端电性连接，同芯耦合电感的3脚与高频开关三的发射极电性连接，高频开关三的集电极与电容二的正极、V2端的一端电性连接，高频开关一、高频开关二、高频开关三的发射极分别与二极管一、二极管二、二极管三的正极电性连接，频开关一、高频开关二、高频开关三的集电极分别与二极管一、二极管二、二极管三的负极电性连接；双向BUCK BOOST线路在两个方向同时具有BUCK模式与Boost模式；当V1作为输入端，V2作为输出端时，BUCK模式时，高频开关二、高频开关三不开通，高频开关一打PWM；Boost模式时，高频开关三不开通，高频开关一长通，高频开关二打PWM；在高频开关三不开通时，调整高频开关一与高频开关二的PWM，实现BUCK与BOOST之间的切换；当V2作为输出入端，V1作为输出端时，同样具有BUCK与BOOST模式，BUCK模式时，高频开关一、高频开关二不开通，高频开关三打PWM；Boost模式时，高频开关一不开通，高频开关三长通，高频开关二打PWM；在高频开关一不开通时，调整高频开关三与高频开关二的PWM，同样实现BUCK与BOOST之间切换，通过对高频开关一、高频开关二与高频开关三的控制，实现输入与输出，boost与buck之间的任意切换。
2.根据权利要求1所述的一种双向BUCK BOOST线路，其特征在于：所述同芯耦合电感由第一电感与第二电感串联而成。
3.根据权利要求1所述的一种双向BUCK BOOST线路，其特征在于：所述BUCK模式：在高频开关二、高频开关三不开通，高频开关一用PWM控制通断，此时V1端为输入端，V2端为输出端电压小于V1端电压，V2端电压的电压值随高频开关一的duty变化而变化；在高频开关一、高频开关二不开通，高频开关三用PWM控制通断，V1端电压小于V2端。
4.根据权利要求3所述的一种双向BUCK BOOST线路，其特征在于：所述BUCK模式下当高频开关一开通时，输入电压通过高频开关一，三极管三给同芯耦合电感和电容二充电，同时给负载供电，当高频开关一关断时，第二电感通过二极管二和二极管三续流释放耦合电感中储存的能量，负载依靠电容二放电以及减小电感电流维持。
5.根据权利要求1所述的一种双向BUCK BOOST线路，其特征在于：所述Boost模式：在高频开关三不开通，高频开关一长通，高频开关二用PWM控制，输出电压大于输入电压，输出电压电压值随高频开关二的duty变化而变化。
6.根据权利要求5所述的一种双向BUCK BOOST线路，其特征在于：所述Boost模式下当高频开关二开通时，输入电压通过高频开关一和高频开关二对第一电感充电，三极管三截止，负载由电容二维持，当高频开关二关断时，输入电压和第一电感一起通过第二电感，三极管三给电容二充电，并给负载供电；当高频开关三不开通，调整高频开关一与高频开关二的PWM切换时序，实现BUCK与BOOST之间的平缓切换。
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