CN111884511B - 一种双向dc/dc装置及变流系统 - Google Patents

一种双向dc/dc装置及变流系统 Download PDF

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Abstract

一种双向DC/DC装置及变流系统,其中,该双线DC/DC装置包括:直流电压转换模块,其用于对自身第一外接端口传输来的直流电进行电压转换并将得到的直流电通过自身第二外接端口输出,或,对自身第二外接端口传输来的直流电进行电压转换并将得到的直流电通过自身第一外接端口输出;变流器模块,其用于对直流电压转换模块传输来的直流电进行直‑交‑直转换并将得到的直流电进行输出,或,对接收到的直流电进行直‑交‑直转换并将得到的直流电传输至直流电压转换模块;其中,变流器模块的中间交流回路中配置有隔离变压器。本系统不仅可以实现电能的双向流动,同时还能够实现两端正反向源之间的电气隔离,从而使得整个双向DC/DC装置能够适用更为广泛的应用场合。

Description

一种双向DC/DC装置及变流系统
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域,具体地说,涉及一种双向DC/DC装置及变流系统。
背景技术
能源是人类赖以生存和社会发展进步的基础,当今经济的飞速发展使得对能源的需求日益增长;但是煤炭、石油和天然气等化石能源逐渐枯竭,而且其在使用过程中对环境造成了非常严重的污染和破坏,使得能源和环境问题成为了21世纪人类迫切需要解决的两大问题。近年来,随着世界各国的努力开发和研究,人类在可再生能源的应用领域取得了巨大的进步。
双向DC/DC变换器能够将一种直流电能转换成另一种形式的直流电能,主要对电压、电流实现变换。它在可再生能源、电力系统、交通、航天航空、计算机和通讯、家用电器、国防军工、工业控制等领域得到了广泛的应用。
发明内容
为解决上述问题,本发明提供了一种双向DC/DC装置,所述装置包括:
直流电压转换模块,其用于对自身第一外接端口传输来的直流电进行电压转换并将得到的直流电通过自身第二外接端口输出,或,对自身第二外接端口传输来的直流电进行电压转换并将得到的直流电通过自身第一外接端口输出;
变流器模块,其与所述直流电压转换模块连接,用于对所述直流电压转换模块传输来的直流电进行直-交-直转换并将得到的直流电进行输出,或,对接收到的直流电进行直-交-直转换并将得到的直流电传输至所述直流电压转换模块;
其中,所述变流器模块的中间交流回路中配置有隔离变压器。
根据本发明的一个实施例,所述直流电压转换模块包括:第一电路、第二电路和连接在所述第一电路与第二电路的之间的第一电感,所述第一电路与所述第二电路的电路结构对称。
根据本发明的一个实施例,所述第一电路包括:
第一支撑电容和第二支撑电容,所述第一支撑电容与第二支撑电容串联形成的电路连接在所述直流电压转换模块的第一外接端口正极与第一外接端口负极之间;
第一开关单元,其第一端与所述直流电压转换模块的第一外接端口正极连接,第二端通过所述第一电感与所述第二电路的第一外接端口正极连接;
第二开关单元,其第一端与所述直流电压转换模块的第一外接端口负极连接,第二端与所述第二电路的第一外接端口负极连接;
第三开关单元和第四开关单元,所述第三开关单元与第四开关单元串联形成的电路连接在所述第一开关单元的第二端与第二开关单元的第二端之间,二者的公共连接点与所述第一支撑电容和第二支撑电容的公共连接点连接。
根据本发明的一个实施例,所述第一开关单元、第三开关单元和第四开关单元包括可控开关和与可控开关反向并联的二极管;
所述第二开关单元包括可控开关和与可控开关正向并联的二极管。
根据本发明的一个实施例,当所述双向DC/DC装置处于正向工作模式时,所述第一电路中的第三开关单元和第四开关单元处于常开状态,并且所述第二电路中的第一开关单元和第二开关单元处于常开状态;
当所述双向DC/DC装置处于反向工作模式时,所述第一电路中的第一开关单元和第二开关单元处于常开状态,并且所述第二电路中的第三开关单元和第四开关单元处于常开状态。
根据本发明的一个实施例,当所述双向DC/DC装置处于正向工作模式时,如果直流输入电压大于预设中间电压,所述第二电路中的第三开关单元和第四开关单元配置为常开状态,所述第一电路中的第一开关单元和第二开关单元配置为交替导通,以将所述变流器模块的直流输入电压降低至所述预设中间电压。
根据本发明的一个实施例,当所述双向DC/DC装置处于正向工作模式时,如果直流输入电压小于预设中间电压,所述第一电路中的第一开关单元和第二开关单元配置为常开状态,所述第二电路中的第三开关单元和第四开关单元配置为交替导通,以将所述变流器模块的直流输入电压抬升至所述预设中间电压。
根据本发明的一个实施例,所述直流电压转换模块的第二外接端口包括:第二外接端口正极、第二外接端口负极和第二外接端口中间点;
所述变流器模块包括结构相同、输出端并联的第一变流器子模块和第二变流器子模块,其中,所述第一变流器子模块的第一直流端口的正负极分别与所述直流电压转换模块的第二外接端口正极和第二外接端口中间点连接,所述第二变流器子模块的第一直流端口的正负极分别与所述直流电压转换模块的第二外接端口中间点和第二外接端口负极连接。
根据本发明的一个实施例,所述第一变流器子模块包括:
第一交直转换单元,其直流端口分别与所述直流电压转换模块的第二外接端口正极和第二外接端口中间点连接;
第一隔离变压器单元,其与所述第一交直转换单元的交流端口连接;
第二交流转换单元,其与所述第一隔离变压器单元连接。
根据本发明的一个实施例,所述第一隔离变压器单元包括:
第二电感,其与所述第一交直转换单元的交流端口连接;
隔离变压器,其连接在所述第一交直转换单元的两个交流端口之间;
第三电感,与所述隔离变压器并联。
本发明还提供了一种变流系统,其特征在于,所述变流系统包括如上任一项所述的双向DC/DC装置。
本发明所提供的双向DC/DC装置不仅可以实现电能的双向流动,同时还能够实现两端正反向源之间的电气隔离,从而使得整个双向DC/DC装置能够适用更为广泛的应用场合。
同时,该双向DC/DC装置对于输入输出电压具有更好的适应性,当输入电压高于或低于预设中间电压时,该系统能够有效的完成对与直流电压的降压或是升压工作,这样也就可以使得系统可以在更大范围输入电压下工作,同行可以拓宽系统的应用范围。
此外,该双向DC/DC装置通过将第一变流器子模块与第二变流器子模块之间在相位上相错90°,这样也就可以有效降低电压纹波,从而改善电能质量。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍:
图1是根据本发明一个实施例的现有的车载双向DC/DC装置的结构示意图;
图2是根据本发明一个实施例的双向DC/DC装置的结构示意图;
图3是根据本发明一个实施例的直流电压转换模块的结构示意图;
图4是根据本发明一个实施例的变流器模块的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式,借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题,并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是,只要不构成冲突,本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合,所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
同时,在以下说明中,出于解释的目的而阐述了许多具体细节,以提供对本发明实施例的彻底理解。然而,对本领域的技术人员来说显而易见的是,本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。
图1示出了现有的车载双向DC/DC装置的结构示意图。
如图1所示,现有的车载双向DC/DC装置主要包括:开关管(即第一开关管V1、第二开关管V2、第三开关管V3和第四开关管V4)、电感L1以及电容(包括电容C1和电容C2)。
当车载双向DC/DC装置正向运行(即电能由A端传输至B端)时,第二开关管V2和第四开关管V4将会处于常开状态,这样第二开关管V2与第四开关管V4也就会只有其内部的二极管在起作用。
而当车载双向DC/DC装置反向运行(即电能由B端传输至A端)时,第一开关管V1和第四开关管V3将会处于常开状态,这样第一开关管V1与第三开关管V3也就会只有其内部的二极管在起作用。
对于如图1等现有的车载双向DC/DC装置来说,其无法实现A端与B端的有效隔离。
针对现有技术所存在的上述问题,本发明提供了一种新的双向DC/DC装置以及应用该双向DC/DC装置的变流系统,该双向DC/DC装置能够实现正反向源之间的电气隔离,从而使得双向DC/DC装置能够适应更多的应用场景。
图2示出了本实施例所提供的双向DC/DC装置的结构示意图。
如图2所示,本实施例所提供的双向DC/DC装置优选地包括:直流电压转换模块201和变流器模块202。其中,直流电压转换模块201能够对自身第一外接端口(即A侧的直流端口)传输来的直流电进行电压转换,并将得到的直流电通过自身第二外接端口(即靠近变流器202的直流端口)输出。同时,根据实际需要,直流电压转换模块201还能够对自身第二外接端口传输来的直流电进行电压转换并将得到的直流电通过自身第一外接端口输出。
变流器模块202与直流电压转换模块201连接(具体地,与直流变压装置201的第二外接端口连接),其能够对直流电压转换模块201所传输来的直流电进行直-交-直转换并将得到的直流电进行输出(即输出至B侧)。同样的,根据实际需要,变流器模块202也能够对接收到的直流电(即从B侧接收到的直流电)进行直-交-直转换,并将得到的直流电传输至与之连接的直流电压转换模块201。
本实施例中,变流器模块202的中间交流回路中配置有隔离变压器,这样也就可以实现A侧直流电与B侧直流电的电气隔离。
为了更加清楚的体现本实施例所提供的双向DC/DC装置的结构、功能以及优点,以下分别结合图3和图4来对该双向DC/DC装置做进一步的说明。其中,图3示出了本实施例中直流电压转换模块201的结构示意图,图4示出了本实施例中变流器模块202的结构示意图。
如图3所示,本实施例中,直流电压转换模块201优选地包括:第一电路301、第一电感302和第二电路303。其中,第一电感302连接在第一电路301与第二电路303之间,第一电路301与第二电路303的结构优选地互为对称。
具体地,如图3所示,本实施例中,第一电路301优选地包括:第一开关单元301a、第二开关单元301b、第三开关单元301c、第四开关单元301d、第一支撑电容301e以及第二支撑电容301f。
第一支撑电容301e与第二支撑电容301f串联形成的电路连接在直流电压转换模块201的第一外接端口正极与第一外接端口负极之间。第一开关单元301a的第一端与直流电压转换模块201的第一外接端口正极连接,第一开关单元301a的第二端则通过第一电感302来与第二电路303的第一外接端口正极连接。第二开关单元301b的第一端与直流电压转换模块201的第一外接端口负极连接,其第二端与第二电路303的第一外接端口负极连接。
本实施例中,第三开关单元301c与第四开关单元301d串联,二者串联形成的电路连接在第一开关单元301a的第二端与第二开关单元301b的第二端之间,二者的公共连接点则与第一支撑电容301e和第二支撑电容301f的公共连接点连接。
本实施例中,第一开关单元301a、第三开关单元301c和第四开关单元301d优选地包括可控开关和与可控开关反向并联的二极管,而第二开关单元301b则包括可控开关和与可控开关正向并联的二极管。
本实施例中,第二电路302的结构与第一电路301的结构互为对称。具体地,如图3所示,本实施例中,第二电路303中的第一支撑电容303e与第二支撑电容303f串联形成的电路连接在直流电压转换模块201的第二外接端口正极与第一外接端口负极之间。第二电路303中的第一开关单元303a的第一端与直流电压转换模块201的第二外接端口正极Z1连接,第一开关单元303a的第二端则通过第一电感302来与第一电路301的第一外接端口正极连接。第二电路303中的第二开关单元303b的第一端与直流电压转换模块201的第二外接端口负极Z3连接,其第二端与第一电路301的第一外接端口负极连接。
本实施例中,第二电路303中的第三开关单元303c与其第四开关单元303d串联,二者串联形成的电路连接在第二电路303中的第一开关单元303a的第二端与第二开关单元303b的第二端之间,二者的公共连接点则与第三支撑电容303e和第三支撑电容303f的公共连接点连接。
如图3所示,本实施例中,第二电路303中的第三开关单元303c与其第四开关单元303d的公共连接点还形成了直流电压转换模块201的第二外接端口中间点Z2。也就说,直流电压转换模块201的第二外接端口具有正极、负极以及中间点三个端口。
本实施例中,当双向DC/DC装置处于正向工作模式(即电能由A侧传输至B侧)时,第一电路301中的第三开关单元301c和第四开关单元301d均处于常开状态,并且第二电路303中的第一开关单元303a和第二开关单元303b则均处于常开状态。
本实施例中,当双向DC/DC装置处于正向工作模式(即电能由A侧传输至B侧)时,如果直流输入电压(即A侧的电压)大于预设中间电压,那么此时第二电路303中的第三开关单元303c和第四开关单元303d优选地均配置为常开状态,第一电路301中的第一开关单元301a和第二开关单元301b将会配置为交替导通,这样也就可以通过斩波的方式将变流器模块的直流输入电压(例如直流电压转换模块的第二外接端口正极Z1与第二外接端口中间点Z2之间的电压)降低至上述预设中间电压,即此时直流电压转换电路201实现了降压电路的作用。
本实施例中,进一步地,当双向DC/DC装置处于正向工作模式时,如果直流输入电压(即A侧的电压)小于预设中间电压,此时第一电路301中的第一开关单元301a和第二开关单元301b则优选地配置为常开状态,第二电路303中的第三开关单元303c和第四开关单元303d配置为交替导通,这样也就可以将变流器模块的直流输入电压(例如直流电压转换模块的第二外接端口正极Z1与第二外接端口中间点Z2之间的电压)抬升至上述预设中间电压,即此时直流电压转换电路201实现了升压电路的作用。
需要指出的是,在本发明的不同实施例中,上述预设中间电压的具体取值可以根据实际需要配置为不同的合理值,本发明并不对上述预设中间电压的具体取值进行限定。
本实施例中,当双向DC/DC装置处于反向工作模式(即电能由B侧传输至A侧)时,上述第一电路301中的第一开关单元301a和第二开关单元301b优选的均处于常开状态,并且第二电路303中的第三开关单元303c和第四开关单元303d优选地处于常开状态。
需要指出的是,如果直流电压转换模块201的第二外接端口正极Z1与第二外接端口中间点Z2之间的电压大于A侧所需要的直流电压,那么此时直流电压转换模块201也就会配置为降压工作模式。而如果直流电压转换模块201的第二外接端口正极Z1与第二外接端口中间点Z2之间的电压小于A侧所需要的直流电压,那么此时直流电压转换模块201也就会配置为升压工作模式。其中,直流电压转换模块201进行升压和降压的过程以及原理与上述正向工作模式时进行降压和升压的原理类似,故在此不在对该部分内容进行赘述。
图4示出了本实施例所提供的变流器模块的结构示意图。
如图4所示,本实施例中,变流器模块202优选地包括结构相同的第一变流器子模块401和第二变流器子模块402。其中,第一变流器子模块401的第一直流端口的正负极分别与直流电压转换模块201的第二外接端口正极Z1和第二外接端口中间点Z2连接,第二变流器子模块402的第一直流端口的正负极则分别与直流电压转换模块201的第二外接端口中间点Z2和第二外接端口负极Z3连接。这样,第一变流器子模块401与第二变流器子模块402远离B侧的端口也就形成了级联结构。同时,本实施例中,第一变流器子模块401与第二变流器子模块402靠近B侧的端口优选地采用并联方式进行连接。
如图4所示,本实施例中,第一变流器子模块401优选地包括:第一交直转换单元401a、第一隔离变压器单元401b以及第二交流转换单元401c。其中,第一交直转换单元401a的直流端口分别与直流电压转换模块201的第二外接端口正极Z1和第二外接端口中间点Z2连接。第一隔离变压器单元401b的原边则与第一交直转换单元401a的交流端口连接。第二交流转换单元401c与第一隔离变压器单元401b的次边连接。
本实施例中,第一交直转换单元401a优选地采用由第一IGBT Q1、第二IGBT Q2、第三IGBT Q2以及第四IGBT Q4构成的H桥全控整流电路来实现。与之类似的,第二交直转换单元401c优选地采用由第五IGBT D1、第六IGBT D2、第七IGBT D3以及第八IGBT D4所构成的H桥全控整流电路来实现。
当然,在本发明的其他实施例中,根据实际需要,第一交直转换单元401a和/或第二交直转换单元401c还可以采用其他合理的电路形式和/或器件来实现,本发明并不对此进行具体限定。
本实施例中,如图4所示,第一隔离变压器单元401b优选地包括:第二电感Ls1、隔离变压器T1以及第三电感Lm1。其中,第二电感Ls1与第一交直转换单元的相应交流端口(例如A端口)连接,隔离变压器T1的原边则通过上述第二电感Ls1连接在第一交直转换单元401a的两个交流端口之间,第三电感Lm1与隔离变压器T1并联。
本实施例中,根据实际需要,第一电感Ls1与第一交直转换单元的相应交流端口之间还可以串联由滤波电容(例如滤波电容Cs1)。
本实施例中,第二电感Ls1的选型标准不再遵循越小越好的原则,同时第三电感Lm1的选型标准也不再遵行越大越好的原则,二者的选型标准只需要在预设功率范围内实现软开关即可。
需要指出的是,在本发明的其他实施例中,根据实际需要,上述第二电感Ls1、第三电感Lm1以及滤波电容Cs1均可以作为选配器件。
同时,还需要指出的是,在本发明人的其他实施例中,构成第一交直转换单元401a和/或第二交直转换单元401b的电子开关根据实际需要还可以采用其他合理器件来实现,本发明并不对此进行具体限定。
由于第二变流器子模块402的结构与第一变流器子模块401的结构相同,不在此不再对第二变流器子模块402的具体内容进行赘述。
本实施例中,在工作过程中,第一变流器子模块401中的第一IGBT Q1与第四IGBTQ4处于同样的状态(即同时导通或是同时关断),同时第二IGBT Q2与第三IGBT Q3处于同样的状态(即同时导通或是同时关断),这两组IGBT之间在相位上交错180°。
同时,优选地,本实施例中,第一变流器子模块401中的IGBT与第二变流器子模块402中的对应的IGBT(例如第一变流器子模块401中的IGBT Q1和Q4分别对应第二变流器子模块402中的IGBT Q5和Q8)之间在相位上交错90°。
对于本实施例所提供的双向DC/DC装置来说,当系统正常正常工作时,变流器模块中均会有一组8个开关管工作在同步整流或是常开状态,这样也就可以有效降低系统损耗。同时,整流电压转换装置中具有4个开关管会处于常闭状态,这样同样可以降低系统损耗。
本实施例中,整流电压转换装置的上述结构能够有效减小工作过程中的开关管上的电压应力,这样也就使得实际应用中所选取的开关管可以具有更低的电压等级,这样不仅有助于降低系统损耗,同时还有助于扩宽开关管的选型范围,并且还能够降低开关管的体积和成本。
从上述描述中可以看出,本发明所提供的双向DC/DC装置不仅可以实现电能的双向流动,同时还能够实现两端正反向源之间的电气隔离,从而使得整个双向DC/DC装置能够适用更为广泛的应用场合。
同时,该双向DC/DC装置对于输入输出电压具有更好的适应性,当输入电压高于或低于预设中间电压时,该系统能够有效的完成对与直流电压的降压或是升压工作,这样也就可以使得系统可以在更大范围输入电压下工作,同行可以拓宽系统的应用范围。
此外,该双向DC/DC装置通过将第一变流器子模块与第二变流器子模块之间在相位上相错90°,这样也就可以有效降低电压纹波,从而改善电能质量。
应该理解的是,本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构或处理步骤,而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是,在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的,而并不意味着限制。
说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此,说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。
虽然上述示例用于说明本发明在一个或多个应用中的原理,但对于本领域的技术人员来说,在不背离本发明的原理和思想的情况下,明显可以在形式上、用法及实施的细节上作各种修改而不用付出创造性劳动。因此,本发明由所附的权利要求书来限定。

Claims (9)

1.一种双向DC/DC装置,其特征在于,所述装置包括:
直流电压转换模块,其用于对自身第一外接端口传输来的直流电进行电压转换并将得到的直流电通过自身第二外接端口输出,或,对自身第二外接端口传输来的直流电进行电压转换并将得到的直流电通过自身第一外接端口输出;
变流器模块,其与所述直流电压转换模块连接,用于对所述直流电压转换模块传输来的直流电进行直-交-直转换并将得到的直流电进行输出,或,对接收到的直流电进行直-交-直转换并将得到的直流电传输至所述直流电压转换模块;
其中,所述变流器模块的中间交流回路中配置有隔离变压器;
所述变流器模块包括结构相同、输出端并联的第一变流器子模块和第二变流器子模块;
所述直流电压转换模块的第二外接端口包括:第二外接端口正极、第二外接端口负极和第二外接端口中间点,所述第一变流器子模块的第一直流端口的正负极分别与所述直流电压转换模块的第二外接端口正极和第二外接端口中间点连接,所述第二变流器子模块的第一直流端口的正负极分别与所述直流电压转换模块的第二外接端口中间点和第二外接端口负极连接;
所述第一变流器子模块包括:
第一交直转换单元,其直流端口分别与所述直流电压转换模块的第二外接端口正极和第二外接端口中间点连接,所述第一交直转换单元采用由第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT以及第四IGBT构成的H桥全控整流电路来实现;
第一隔离变压器单元,其与所述第一交直转换单元的交流端口连接;
第二交直转换单元,其与所述第一隔离变压器单元连接,所述第二交直转换单元采用由第五IGBT、第六IGBT、第七IGBT以及第八IGBT所构成的H桥全控整流电路来实现;
在工作过程中,第一变流器子模块中的第一IGBT与第四IGBT处于同样的状态,即同时导通或是同时关断,同时第二IGBT与第三IGBT 处于同样的状态,这两组IGBT之间在相位上交错180°,第一变流器子模块中的IGBT与第二变流器子模块中的对应的IGBT之间在相位上交错90°,其中,第一变流器子模块中的第一IGBT和第四IGBT分别对应第二变流器子模块中的第五IGBT和第八IGBT,这样当所述装置正常工作时,所述变流器模块中均会有一组8个开关管工作在同步整流或是常开状态,可以有效降低系统损耗,同时所述直流电压转换模块中具有4个开关管会处于常闭状态,可以降低系统损耗;
当所述装置处于正向工作模式,如果第一外接端口侧的直流输入电压大于预设中间电压,那么此时通过斩波的方式将所述直流电压转换模块的第二外接端口正极与第二外接端口中间点之间的电压降低至所述预设中间电压,即此时所述直流电压转换模块配置为降压工作模式,实现了降压电路的作用;
当所述装置处于正向工作模式,如果第一外接端口侧的直流输入电压小于预设中间电压,那么此时将所述直流电压转换模块的第二外接端口正极与第二外接端口中间点之间的电压抬升至所述预设中间电压,即此时所述直流电压转换模块配置为升压模式,实现了升压电路的作用;
当所述装置处于反向工作模式,如果所述直流电压转换模块的第二外接端口正极与第二外接端口中间点之间的电压大于第一外接端口侧所需要的直流电压,那么此时所述直流电压转换模块会配置为降压工作模式,其中,所述反向工作模式下,电能由变流器模块侧传至直流电压转换模块侧。
2.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述直流电压转换模块包括:第一电路、第二电路和连接在所述第一电路与第二电路的之间的第一电感,所述第一电路与所述第二电路的电路结构对称。
3.如权利要求2所述的装置,其特征在于,所述第一电路包括:
第一支撑电容和第二支撑电容,所述第一支撑电容与第二支撑电容串联形成的电路连接在所述直流电压转换模块的第一外接端口正极与第一外接端口负极之间;
第一开关单元,其第一端与所述直流电压转换模块的第一外接端口正极连接,第二端通过所述第一电感与所述第二电路的第一外接端口正极连接;
第二开关单元,其第一端与所述直流电压转换模块的第一外接端口负极连接,第二端与所述第二电路的第一外接端口负极连接;
第三开关单元和第四开关单元,所述第三开关单元与第四开关单元串联形成的电路连接在所述第一开关单元的第二端与第二开关单元的第二端之间,二者的公共连接点与所述第一支撑电容和第二支撑电容的公共连接点连接。
4.如权利要求3所述的装置,其特征在于,
所述第一开关单元、第三开关单元和第四开关单元包括可控开关和与可控开关反向并联的二极管;
所述第二开关单元包括可控开关和与可控开关正向并联的二极管。
5.如权利要求4所述的装置,其特征在于,
当所述双向DC/DC装置处于正向工作模式时,所述第一电路中的第三开关单元和第四开关单元处于常开状态,并且所述第二电路中的第一开关单元和第二开关单元处于常开状态;
当所述双向DC/DC装置处于反向工作模式时,所述第一电路中的第一开关单元和第二开关单元处于常开状态,并且所述第二电路中的第三开关单元和第四开关单元处于常开状态。
6.如权利要求5所述的装置,其特征在于,当所述双向DC/DC装置处于正向工作模式时,如果直流输入电压大于预设中间电压,所述第二电路中的第三开关单元和第四开关单元配置为常开状态,所述第一电路中的第一开关单元和第二开关单元配置为交替导通,以将所述变流器模块的直流输入电压降低至所述预设中间电压。
7.如权利要求5所述的装置,其特征在于,当所述双向DC/DC装置处于正向工作模式时,如果直流输入电压小于预设中间电压,所述第一电路中的第一开关单元和第二开关单元配置为常开状态,所述第二电路中的第三开关单元和第四开关单元配置为交替导通,以将所述变流器模块的直流输入电压抬升至所述预设中间电压。
8.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述第一隔离变压器单元包括:
第二电感,其与所述第一交直转换单元的交流端口连接;
隔离变压器,其连接在所述第一交直转换单元的两个交流端口之间;
第三电感,与所述隔离变压器并联。
9.一种变流系统,其特征在于,所述变流系统包括如权利要求1~8中任一项所述的双向DC/DC装置。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113258773A (zh) * 2021-05-18 2021-08-13 阳光电源股份有限公司 一种电力变换系统和电力变换装置及其控制方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015101142A1 (zh) * 2013-12-31 2015-07-09 国家电网公司 一种适用于高电压和大功率双向传输变换器
CN106849294A (zh) * 2016-12-12 2017-06-13 华北科技学院 一种矿用铅酸蓄电池高频智能快充充电方法
CN207069910U (zh) * 2017-07-24 2018-03-02 国网浙江省电力公司 一种基于三电平拓扑的双向dc/dc变换系统
CN207542996U (zh) * 2017-11-17 2018-06-26 阳光电源股份有限公司 一种双向升降压dc/dc变换器及其主电路
CN207766144U (zh) * 2018-01-17 2018-08-24 上海奉天电子股份有限公司 一种分段级联式拓扑电路

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201830144U (zh) * 2010-03-10 2011-05-11 杭州中恒电气股份有限公司 适合于高压输入大功率输出的dc/dc变换器
US9077255B2 (en) * 2013-01-11 2015-07-07 Futurewei Technologies, Inc. Resonant converters and methods
US9548668B2 (en) * 2014-03-14 2017-01-17 Futurewei Technologies, Inc. Hybrid power converter and method
CN107294147A (zh) * 2016-03-30 2017-10-24 比亚迪股份有限公司 车载充电器和车辆
CN107634655B (zh) * 2017-08-07 2019-12-31 北京交通大学 一种具有故障自切除能力的直流电力电子变压器拓扑
CN207234677U (zh) * 2017-09-20 2018-04-13 桂林电子科技大学 交错并联的llc谐振变换器
CN108054920B (zh) * 2017-12-22 2020-06-02 科华恒盛股份有限公司 一种dcdc变换器
CN208353221U (zh) * 2018-05-30 2019-01-08 武汉永力科技股份有限公司 一种llc谐振dc/dc功率变换器
CN110768531A (zh) * 2018-07-27 2020-02-07 株洲中车时代电气股份有限公司 双向高频隔离型dc/dc模块
CN109768706A (zh) * 2019-02-14 2019-05-17 西安特锐德智能充电科技有限公司 三电平dc-dc转换器和电路控制方法
CN109889048A (zh) * 2019-03-08 2019-06-14 钛白金科技(深圳)有限公司 一种隔离双向dc-dc变换器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015101142A1 (zh) * 2013-12-31 2015-07-09 国家电网公司 一种适用于高电压和大功率双向传输变换器
CN106849294A (zh) * 2016-12-12 2017-06-13 华北科技学院 一种矿用铅酸蓄电池高频智能快充充电方法
CN207069910U (zh) * 2017-07-24 2018-03-02 国网浙江省电力公司 一种基于三电平拓扑的双向dc/dc变换系统
CN207542996U (zh) * 2017-11-17 2018-06-26 阳光电源股份有限公司 一种双向升降压dc/dc变换器及其主电路
CN207766144U (zh) * 2018-01-17 2018-08-24 上海奉天电子股份有限公司 一种分段级联式拓扑电路

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