CN109889044A - Buck-Boost变换器、充放电电路和充放电设备 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种Buck‑Boost变换器、充放电电路和充放电设备，包括控制模块和储能电感；控制模块包括第一控制模块和第二控制模块；储能电感包括第一电感、第二电感和第三电感；第一电感的一端与第一控制模块连接；第二电感的一端分别与第一控制模块和第二控制模块连接；第三电感的一端与第二控制模块连接；第一电感的另一端与第二电感的另一端、第三电感的另一端和电池连接。本申请将外部电源输入的电压通过第一控制模块和第二控制模块进行降压，经储能电感储能再传输到电池上，用以解决功率过小、满载运行噪音过大、提高开关管工作频率以及开机空载直接跳转至满载时容易超调保护问题。

Description

Buck-Boost变换器、充放电电路和充放电设备

技术领域

本发明涉及充放电系统设计应用领域，具体涉及一种Buck-Boost变换器、充放电电路和充放电设备。

背景技术

21世纪社会的快速发展，煤炭、石油、天然气等传统能源已经越来越少，太阳能、风能、海洋能等新型能源得到了快速发展，这些新型能源大多数是依托在电的基础上，得以应用在生活的方方面面。随着电池材料的不断开发创新，在汽车领域，铝酸电池、镍氢电池、锂电池以及最近研究火热的石墨烯电池等已经在新能源汽车中得到广泛的应用。汽车电池的大量应用也推动了能量回馈型充放电设备的发展壮大。

传统充放电模块中的双向Buck-Boost变换器是单相控制，一个电感外加上下桥臂各一个开关管组成。这种拓扑存在以下缺点：1)输出电流纹波较大；2)功率受到开关管的限制；3)电流的动态响应速度慢；4)当做到大功率的时候产生的噪音较大，而且开关管发热厉害导致开关频率不能做的太高；5)在切换轻重载的时候容易产生功率超调导致过流保护。

发明内容

本发明提出一种Buck-Boost变换器、充放电电路和充放电设备，旨在解决输出电流波纹较大、噪音较大的问题。

本发明提出一种Buck-Boost变换器，包括控制模块和储能电感；控制模块包括第一控制模块和第二控制模块；储能电感包括第一电感、第二电感和第三电感；第一电感的一端与第一控制模块的输出端连接；第二电感的一端分别与第一控制模块的输出端和第二控制模块的输出端连接；第三电感的一端与第二控制模块的输出端连接；第一电感的另一端与第二电感的另一端、第三电感的另一端用于和电池连接；控制模块用于将外部电源输入的电压进行降压，然后输出到电池，以及将电池输入的电压进行升压后传递到外部电源；储能电感用于在控制模块与电池之间进行储能。

进一步地，第一控制模块与第二控制模块均包括3个桥臂；第一控制模块包括第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂；第二控制模块包括第四桥臂、第五桥臂和第六桥臂；第一控制模块与第二控制模块内的桥臂通过外部输入的驱动信号进行驱动。

进一步地，驱动信号包括第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号、第四驱动信号、第五驱动信号和第六驱动信号；第一桥臂的上桥臂和第二桥臂的上桥臂共用第一驱动信号，第一桥臂的下桥臂和第二桥臂的下桥臂共用第二驱动信号，第三桥臂的上桥臂和第四桥臂的上桥臂共用第三驱动信号，第三桥臂的下桥臂和第四桥臂的下桥臂共用第四驱动信号；第五桥臂的上桥臂和第六桥臂的上桥臂共用第五驱动信号，第五桥臂的下桥臂和第六桥臂的下桥臂共用第六驱动信号。

进一步地，第一驱动信号、第三驱动信号和第五驱动信号依次相差120度相位；第二驱动信号、第四驱动信号和第六驱动信号的相位依次分别与第一驱动信号、第三驱动信号和第五驱动信号的相位互补。

进一步地，还包括第四电感，第四电感的输入端与第一电感的输出端连接，第四电感的输出端与电池连接。

进一步地，还包括第一支路，第一支路的输入端与第一电感的另一端连接，第一支路的输出端接地，第一支路上连接有电容。

进一步地，电容包括两个。

进一步地，第一控制模块与第二控制模块的内部芯片为集成IGBT芯片。

本发明还提出一种充放电电路，包括交流配电系统、馈电模块和上述所述的Buck-Boost变换器；交流配电系统与馈电模块的输入端连接；馈电模块的输出端与Buck-Boost变换器的输入端连接。

本发明还提出一种充放电设备，设有上述所述的Buck-Boost变换器。

本发明有益效果：本申请的Buck-Boost变换器将外部电源输入的电压通过第一控制模块和第二控制模块进行降压，经过储能电感储能，然后再传输到电池上，第一控制模块和第二控制模块用以解决功率过小、满载运行噪音过大、提高开关管工作频率以及开机空载直接跳转至满载时容易超调保护等问题。

附图说明

图1本发明Buck-Boost变换器一实施例的电路图；

图2本发明充放电电路一实施例的结构示意图；

图3本发明充放电设备一实施例的结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

参照图1，提出本发明Buck-Boost变换器一实施例，包括控制模块和储能电感；控制模块包括第一控制模块Q1和第二控制模块Q2；储能电感包括第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3；第一电感L1的一端与第一控制模块Q1的输出端连接；第二电感L2的一端分别与第一控制模块Q1的输出端和第二控制模块Q2的输出端连接；第三电感L3的一端与第二控制模块Q2的输出端连接；第一电感L1的另一端第二电感L2的另一端、第三电感L3的另一端用于和电池Vout连接；控制模块用于将外部电源Vbus输入的电压进行降压，然后输出到电池Vout，以及将电池Vout输入的电压进行升压然后传递到外部电源Vbus；储能电感用于在控制模块与电池Vout之间进行储能。

在本实施例中，外部电源Vbus的电压输入时，首先需要经过第一控制模块Q1和第二控制模块Q2进行降压，然后才会传输到电池Vout端，第一控制模块Q1与第二控制模块Q2需导通才可使得外部电源Vbus的电压输入，并且设置第一控制模块Q1与第二控制模块Q2可以提高工作效率，减小磁性元件因电流纹波过大产生的噪音，减少元器件损耗，提高系统的整体效率；储能电感可将第一控制模块Q1和第二控制模块Q2输出的电压进行储能，然后再传输到电池Vout。

在一实施例中，上述第一控制模块Q1与第二控制模块Q2均包括3个桥臂，第一控制模块Q1包括第一桥臂N1、第二桥臂N2和第三桥臂N3；第二控制模块Q2包括第四桥臂N4、第五桥臂N5和第六桥臂N6；第一控制模块Q1与第二控制模块Q2内的桥臂通过外部输入的驱动信号进行驱动。

在本实施例中，第一桥臂N1、第二桥臂N2和第三桥臂N3之间并联，桥臂的作用相当于开关管，当桥臂导通时，第一控制模块Q1就会导通，并且设有多个桥臂对电流进行分流，使得桥臂的温度得到改善，进而使得整个电路的温度降低，提高了安全性，在设备体积受到限制的情况下，如果要增大第一控制模块Q1和第二控制模块Q2的功率，通过设置多组桥臂来实现，并且大大降低成本。

在另一些实施例中，根据所需要设定的第一控制模块Q1与第二控制模块Q2的功率，调整桥臂的数量进而实现外部电源Vbus对电池Vout充电，例如，当第一控制模块Q1与第二控制模块Q2的功率较大时，每个控制模块可以设置5组、6组、7组等桥臂对电流进行分流。

具体地，在一实施例中，上述驱动信号包括第一驱动信号PWM10+、第二驱动信号PWM20+、第三驱动信号PWM30+、第四驱动信号PWM40+、第五驱动信号PWM50+和第六驱动信号PWM60+；第一桥臂N1的上桥臂和第二桥臂N2的上桥臂共用第一驱动信号PWM10+，第一桥臂N1的下桥臂和第二桥臂N2的下桥臂共同第二驱动信号PWM20+，第三桥臂N3的上桥臂和第四桥臂N4的上桥臂共用第三驱动信号PWM30+，第三桥臂N3的下桥臂和第四桥臂N4的下桥臂共用第四驱动信号PWM40+，第五桥臂N5的上桥臂和第六桥臂N6的上桥臂共用第五驱动信号PWM50+，第五桥臂N5的下桥臂与第六桥臂N6的下桥臂共用第六驱动信号PWM60+。

在本实施例中，如上述所述的桥臂共用的驱动信号的方式可以使得第一控制模块Q1与第二控制模块Q2互联，共用是指对应桥臂输入的驱动信号相同，所述的驱动信号为外部输入的驱动电压信号，当桥臂接收到驱动信号时，才可进行驱动导通。

在一实施例中，上述第一驱动信号PWM10+、第三驱动信号PWM30+和第五驱动信号PWM50+依次相差120度相位；第二驱动信号PWM20+、第四驱动信号PWM40+和第六驱动信号PWM60+的相位依次分别与第一驱动信号PWM10+、第三驱动信号PWM30+和第五驱动信号PWM50+的相位依次互补。

在本实施例中，第一驱动信号PWM10+、第三驱动信号PWM30+和第五驱动信号PWM50+依次相差120度相位可以实现交错互联，为了实现第一驱动信号PWM10+、第三驱动信号PWM30+和第五驱动信号PWM50+依次相差120度相位，采用定时器的方式实现。具体地，定时器起始0时刻输入第一驱动信号PWM10+，过T/3时间再输入第三驱动信号PWM30+，过2/3T时间再输入第五驱动信号PWM50+。

在一实施例中，上述Buck-Boost变换器还包括第四电感L4，第四电感L4的输入端与第一电感L1的输出端连接，第四电感L4的输出端与电池Vout连接。在本实施例中，第四电感L4用于平滑滤波，使得输出电流纹波得到很好的抑制。

在一实施例中，上述Buck-Boost变换器还包括第一支路，第一支路的输入端与第一电感L1的另一端连接，第一支路的输出端接地，第一支路上连接有电容。

在本实施例中，当没有电压输入时，第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3和第四电感L4上的能量需要释放，因此通过第一支路以及电容将能量释放。在本实施例中，电容包括两个，即第一电容C1和第二电容C2，可以使得放电的效果更佳理想。在另一些实施例中，可设置1个、3个或4个等电容，具体情况可根据电路的实际情况进行设定。

在本实施例中，上述Buck-Boost变换器还包括第二支路，第二支路的输入端与第一支路的输入端连接，第二支路的输出端接地，第二支路上连接有电容，且电容包括两个，即第三电容C3和第四电容C4，在设置第一支路的基础上设置第二支路可以使得第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3和第四电感L4上的能量释放的时间更短。

在上述实施例中，上述第一控制模块Q1与第二控制模块Q2的内部芯片为集成IGBT芯片。

在本实施例中，集成IGBT芯片具有使电源品质好、效率高、热损耗少、噪音低、体积小与产品寿命长等多种优点。在另一些实施例中，第一控制模块Q1与第二控制模块Q2也可选用其他类型的集成芯片，在此不做赘述。

参照图2，本发明一实施例中还提出一种充放电电路，包括交流配电系统、馈电模块和上述所述的Buck-Boost变换器；交流配电系统与馈电模块的输入端连接；馈电模块的输出端与Buck-Boost变换器的输入端连接。在本实施例中，对电池Vout进行充电的过程中，能量由市电电网进入交流配电系统，交流配电系统以三相电的方式给馈电模块供380V电压，馈电模块输出800V稳定的电压，800V稳定的电压作为Buck-Boost变换器的外部电源Vbus的输入，Buck-Boost变换器将800V电压降压到30V-750V范围可调，最后连接到电池Vout，并对电池Vout进行充电；对电池Vout进行放电的过程中，能量由电池Vout释放到Buck-Boost变换器，Buck-Boost变换器通过升压到800V电压，800V电压又传递给馈电模块，馈电模块通过逆变把能量传递给交流配电系统，最终交流配电系统将能量传输到市电电网。

参照图3，本发明一实施例中还提出一种充放电设备，设有上述所述的Buck-Boost变换器。

本发明的有益效果：本申请的Buck-Boost变换器将外部电源Vbus输入的电压通过第一控制模块Q1和第二控制模块Q2进行降压，经过储能电感储能，然后再传输到电池Vout上，第一控制模块Q1和第二控制模块Q2用以解决功率过小、满载运行噪音过大、提高开关管工作频率以及开机空载直接跳转至满载时容易超调保护等问题。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种Buck-Boost变换器，其特征在于，包括控制模块和储能电感；所述控制模块包括第一控制模块和第二控制模块；所述储能电感包括第一电感、第二电感和第三电感；所述第一电感的一端与所述第一控制模块的输出端连接；所述第二电感的一端分别与所述第一控制模块的输出端和所述第二控制模块的输出端连接；所述第三电感的一端与所述第二控制模块的输出端连接；所述第一电感的另一端与所述第二电感的另一端、所述第三电感的另一端用于和电池连接；所述控制模块用于将外部电源输入的电压进行降压，然后输出到电池，以及将电池输入的电压进行升压后传递到外部电源；所述储能电感用于在所述控制模块与所述电池之间进行储能。

2.根据权利要求1所述的Buck-Boost变换器，其特征在于，所述第一控制模块与所述第二控制模块均包括3个桥臂；所述第一控制模块包括第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂；所述第二控制模块包括第四桥臂、第五桥臂和第六桥臂；所述第一控制模块与所述第二控制模块内的所述桥臂通过外部输入的驱动信号进行驱动。

3.根据权利要求2所述的Buck-Boost变换器，其特征在于，所述驱动信号包括第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号、第四驱动信号、第五驱动信号和第六驱动信号；所述第一桥臂的上桥臂和所述第二桥臂的上桥臂共用所述第一驱动信号，所述第一桥臂的下桥臂和所述第二桥臂的下桥臂共用所述第二驱动信号，所述第三桥臂的上桥臂和所述第四桥臂的上桥臂共用所述第三驱动信号，所述第三桥臂的下桥臂和所述第四桥臂的下桥臂共用所述第四驱动信号，所述第五桥臂的上桥臂和所述第六桥臂的上桥臂共用所述第五驱动信号，所述第五桥臂的下桥臂和所述第六桥臂的下桥臂共用所述第六驱动信号。

4.根据权利要求3所述的Buck-Boost变换器，其特征在于，所述第一驱动信号、所述第三驱动信号和所述第五驱动信号依次相差120度相位；所述第二驱动信号、所述第四驱动信号和所述第六驱动信号的相位依次分别与所述第一驱动信号、所述第三驱动信号和所述第五驱动信号的相位互补。

5.根据权利要求1所述的Buck-Boost变换器，其特征在于，还包括第四电感，所述第四电感的输入端与所述第一电感的输出端连接，所述第四电感的输出端与所述电池连接。

6.根据权利要求1所述的Buck-Boost变换器，其特征在于，还包括第一支路，所述第一支路的输入端与所述第一电感的另一端连接，所述第一支路的输出端接地，所述第一支路上连接有电容。

7.根据权利要求6所述的Buck-Boost变换器，其特征在于，所述电容包括两个。

8.根据权利要求1所述的Buck-Boost变换器，其特征在于，所述第一控制模块与所述第二控制模块的内部芯片为集成IGBT芯片。

9.一种充放电电路，其特征在于，包括交流配电系统、馈电模块和上述权利要求1-8任一项所述的Buck-Boost变换器；所述交流配电系统与所述馈电模块的输入端连接；所述馈电模块的输出端与所述Buck-Boost变换器的输入端连接。

10.一种充放电设备，其特征在于，设有上述权利要求1-8任一项所述的Buck-Boost变换器。