CN109687709A - 一种非隔离改进型双向斩波电路拓扑 - Google Patents

一种非隔离改进型双向斩波电路拓扑 Download PDF

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林德荣
何金平
姬凯
夏焕锦
徐�明
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Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion China Shipbuilding Industry Corp No 712 Institute CSIC
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Abstract

本发明公开了一种非隔离改进型双向斩波电路拓扑，包括高压输入侧、低压输出侧以及由箝位电容C1和C2、二极管D1和D2、开关管T1、T2和T3和输出电抗器L组成的开关器件斩波电路；该电路拓扑不同于传统的斩波电路，通过电容电压箝位方式，可实现多电平电压斩波功能。

Description

一种非隔离改进型双向斩波电路拓扑
技术领域
本发明涉及一种改进型直流斩波拓扑，尤其是涉及一种可回馈能量的双向直流斩波电路。
背景技术
随着电储能式技术在近些年的大力发展，其形式越来越多样，如超导磁储能、超级电容储能、锂电池等。直流斩波技术水平的发展对电储能发展有着重要意义。
目前，传统的大功率充电装置一般采用两电平拓扑结构，这种方式控制简单，但受限于功率开关器件的电压应力，一般开关频率不高，输出纹波电流大，滤波电感体积大、噪声大。
因此，多电平的直流斩波器成为学者们研究的新热点。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种双向变流直流斩波技术，不但具备一般直流斩波技术的功能，而且更符合于储能要求的能量双向流动。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种非隔离改进型双向斩波电路拓扑，包括高压输入侧、两个箝位电容C1和C2、两个二极管D1和D2、三个IGBT T1、T2和T3、一个输出电抗器L以及低压输出侧；所述的两个箝位电容C1和C2通过串联的形式，分别直接与高压输入侧的正、负端口连接；所述的开关管T1正极与高压输入侧的正端连接，负极与二极管D1负极连接；二极管D1正极、二极管D2负极、以及箝位电容C1和C2的连接点三者连接于同一个节点；开关管T2负极与高压输入侧的负端连接，正极与二极管D2正极连接；开关管T3正极与开关管T1负极连接，负极同时与开关管T2正极和低压输出侧的负端连接；所述的输出电抗器L两端分别连接开关管T3正极和低压输出侧的正端。
所述的一种非隔离改进型双向斩波电路拓扑，其开关管为IGBT。
本发明具有以下技术效果：本发明的开关管T1、T2控制可实现对两个箝位电容C1和C2电压的平衡控制问题，在电路中通过T1、T2的开关状态即可实现三电平直流降压功能，开关管T1和T2使得该电路正向直流降压具有宽输出电压范围的特点；通过对T3的控制可实现直流升压功能，增加的开关管T3使得该电路拓扑能够实现反向升压回馈能量的目的。
本发明电平数相对与传统的两电平斩波多，等效输出的开关频率也相对提高一倍，可有效降低输出电流纹波，可双向传输直流电能；既可实现正向直流多电平降压斩波功能，又能够实现功率双向流动，功率既可以从高压侧向低压侧流动，即作为降压斩波器使用，也可以从低压侧向高压侧流动，即作为升压斩波器使用。
相比于飞跨电容型三电平电路，本专利提出的电路减少了飞跨电容支路、同时又兼具开关器件电压应力低，可有效的提高装置效率及功率密度等特点。
附图说明
图1为本发明的电路原理图。
图2为本发明多电平降压斩波电路电流通路原理图：2（a）为只导通开关管时的电流回路，2（b）为只导通开关管时的电流回路，2（c）为开关管和同时导通时的电流回路；
图3为反向升压斩波电路电流通路原理图：3（a）和3（b）分别是开关管T3导通和关断时的电流回路；
图4为多电平降压斩波电路波形图：4（a）为开关管和导通占空比小于50%时输出电压波形图，4（b）为开关管和导通占空比大于50%时输出电压波形图。
图5为反向升压斩波电路波形图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明进一步详细叙述如下：
本发明公开了一种可实现直流功率双向流动的电路，为实现上述发明目的，该双向直流斩波电路以传统的BUCK电路为基础，通过增加箝位电容回路实现降压斩波的多电平的功能，再适当增加反向升压回路，实现双向传输功率的功能。
本发明公开的一种非隔离改进型双向斩波电路拓扑，输入级为高压，中间为开关器件斩波电路，输出为低压侧，其电路拓扑如图1所示，它的降压具有宽输出电压的优点，所述拓扑电路包括高压输入侧、两个箝位电容C1和C2、两个二极管D1和D2、三个开关管T1、T2和T3、一个输出电抗器L以及低压输出侧；所述的两个箝位电容C1和C2通过串联的形式，分别直接与高压输入侧的正、负端口连接；所述的开关管T1正极与高压输入侧的正端连接，负极与二极管D1负极连接；二极管D1正极、二极管D2负极、以及箝位电容C1和C2的连接点三者连接于同一个节点；开关管T2负极与高压输入侧的负端连接，正极与二极管D2正极连接；开关管T3正极与开关管T1负极连接，负极同时与开关管T2正极和低压输出侧的负端连接；所述的输出电抗器L两端分别连接开关管T3正极和低压输出侧的正端。其中开关管T1、T2和T3均为IGBT。
首先，分析所述由高压侧向低压侧多电平BUCK回路；其电路回路如图2所示。当只导通所述的开关管T1时，其电流回路如图2（a）所示，输出侧的电压为输入侧的电压一半；当只导通所述的开关管T2时，其电流回路如图2（b）所示，输出侧的电压同样为输入侧的电压一半；当所述的开关管T1和T2同时导通时，其电流回路如图2（c）所示，输出侧的电压等于输入侧的电压。
其次，在降压回路中，为了保持所述的箝位电容和电压的平衡，在一个开关周期内，应保持所述开关管T1和T2导通时间一致；同时可以通过适当调节所述开关管T1和T2导通时间来控制所述的箝位电容和电压的平衡问题。当所述开关管T1和T2导通占空比小于50%时，输出电压范围为0到，其波形如图4（a）所示；当所述开关管T1和T2导通占空比大于50%时，输出电压也就大于，所述T1和T2在导通重叠区时，输出电压与输入电压一致，其波形如图4（b）所示。
最后，所述反向升压斩波电路其电流回路如图3所示。在升压回馈功率时，无需对所述开关管T1和T2进行控制。因此，只需根据低压侧电压情况，适当控制所述开关管T3即可达到反方向馈送功率的功能。当所述开关管T3导通时，低压侧馈电电压对所述输出电感L进行储能，其电流回路如图3（a）；当所述开关管T3关断时，电流经过所述输出电感L及所述开关管T1和T2的反并联二极管，把低压侧的反馈功率由低压侧向高压转移，其电流回路如图3（b）。整个升压过程的馈电波形图如图5所示。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何本领域技术人员在本发明的启示下都可以得出其它变形及改进的产品，但不论在其形状或结构上做任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种非隔离改进型双向斩波电路拓扑，其特征在于：包括高压输入侧、低压输出侧以及由箝位电容C1和C2、二极管D1和D2、开关管T1、T2和T3和输出电抗器L组成的开关器件斩波电路；
所述的箝位电容C1和C2通过串联的形式，分别与高压输入侧的正、负端口连接；
所述的开关管T1正极与高压输入侧的正端连接，负极与二极管D1负极连接；二极管D1正极、二极管D2负极、以及箝位电容C1和C2的连接点连接于同一个节点；开关管T2负极与高压输入侧的负端连接，正极与二极管D2正极连接；开关管T3正极与开关管T1负极连接，负极同时与开关管T2正极和低压输出侧的负端连接；
所述的输出电抗器L两端分别连接开关管T3正极和低压输出侧的正端。
2.根据权利要求1所述的一种非隔离改进型双向斩波电路拓扑，其特征在于，所述的开关管为IGBT。
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication
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