CN202145618U - 双向dc/dc变换器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种双向DC/DC变换器，包括：输入/输出端口、输出/输入端口、电流检测电路、电压检测电路、控制器模块、脉宽调制电路、以及拓扑电路。其中，脉宽调制电路输出的PWM时序信号控制拓扑电路中的开关器件接通或者断开。本实用新型可以通过选择级联层数和控制PWM时序获得不同变比的输出，有效的避免了普通非隔离式DC/DC变换器直流增益转换比低的问题。

Description

双向DC/DC变换器
技术领域
本实用新型涉及电子设备领域，尤其涉及一种双向DC/DC变换器。
背景技术
目前隔离式双向DC/DC结构较为复杂，成本较高。非隔离式双向DC/DC主要存在五个问题，第一、功率器件的电流/电压应力大；第二、同样容量的器件传输的功率更小；第三、开关管和变压器的利用率低；第四、BOOST变换增益较低，级联会造成可靠性降低；第五、充电过程不易控制，影响储能单元的寿命。
中国专利200920191370.2中，公开了一种实时双向无感DC/DC变换器，该实用新型中，能量可以实时在高压侧和低压侧之间流动，开关器件采用双向MOS开关。然而，其系统输出端中需采用电感进行储能滤波，增加了漏磁，转换效率降低。
实用新型内容
针对相关技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种双向DC/DC变换器，以解决现有技术的双向DC/DC变换器直流增益转换效率低的缺陷。
为实现上述目的，本实用新型提供一种双向DC/DC变换器，包括：
输入/输出端口；
输出/输入端口；
电流检测电路，连接于输入/输出端口和输出/输入端口之间，输出电流检测信号；
电压检测电路，连接于输入/输出端口和输出/输入端口之间，输出电压检测信号；
控制器模块，连接于输入/输出端口和输出/输入端口之间，响应于电流检测信号和电压检测信号，输出PWM控制信号；
脉宽调制电路，与控制器模块相连接，响应于控制器模块输出的PWM控制信号，输出PWM时序信号；以及
拓扑电路，包括连接于输入/输出端口和输出/输入端口之间的电容器和开关器件；
其中，脉宽调制电路输出的PWM时序信号控制拓扑电路中的开关器件接通或者断开。
优选地，拓扑电路包括：
与输入/输出端口并联连接的第一电容器C1，和与第一电容器C1串联连接的第一开关K1；
与输出/输入端口并联连接的第二电容器C2，和与第二电容器C2串联连接的第二开关K2；以及
连接于输入/输出端口和输出/输入端口之间的多个拓扑模块。
优选地，多个拓扑模块的各个拓扑模块之间连接成级联电路。
优选地，多个拓扑模块的每个拓扑模块包括：
级联电容器Cd；
与级联电容器Cd正极板相连接的第一级联开关Ka；
与级联电容器Cd负极板相连接的第二级联开关Kb；以及
连接在级联电容器Cd负极板与地电位之间的接地级联开关Kd。
优选地，电流检测电路、电压检测电路、脉宽调制电路、控制器模块、和相互级联的多个拓扑模块组成电压电流双闭环控制电路，
其中，电流控制环为内环，电压控制环为外环。
相比于现有技术，本实用新型的有益效果是：
(1)本实用新型的基于级联拓扑的双向DC/DC变换器，可以通过选择级联层数和控制PWM时序获得不同变比的输出，有效的避免了普通非隔离式DC/DC变换器直流增益转换比低的问题；
(2)本实用新型的基于级联拓扑的双向DC/DC变换器，通过电压电流双反馈，调节PWM信号，提高了控制精度，并具备了过压、过流、欠压、欠流、防反充电保护功能；
(3)本实用新型的基于级联拓扑的双向DC/DC变换器，其储能和稳压元件全部采用电容，减少了漏磁，提高了转换效率。并且因此体积较小，使双向DC/DC变换器的结构更加紧凑，从而做到小型化。
附图说明
图1是根据本实用新型一个实施例的电路原理图；
图2是根据本实用新型一个实施例，n个拓扑模块级联的拓扑电路；
图3是根据图2所示的实施例，第i个拓扑模块的拓扑电路；
图4是根据本实用新型一个实施例，5个拓扑模块级联的拓扑电路。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型具体实施方式进行描述。
本实用新型提供一种双向DC/DC变换器，参见图1，包括输入/输出端口、输出/输入端口、电流检测电路、电压检测电路、控制器模块、脉宽调制电路、以及拓扑电路。其中输入/输出端口和输出/输入端口是双向DC/DC变换器的外部接口，可组成两组传输端口，即正向传输的输入1端口和输出1端口，以及反向传输的输入2和输出2端口。在正向能量传输时，输入/输出端口连接光伏电池或者风机，输出/输入端口连接储能装置；在反向能量传输时，输出/输入端口连接储能装置，输入/输出端口连接负载；藉此，实现双向能量传输。
根据本实用新型的实施例，电流检测电路连接于输入/输出端口和输出/输入端口之间，输出电流检测信号。电压检测电路连接于输入/输出端口和输出/输入端口之间，输出电压检测信号。控制器模块连接于输入/输出端口和输出/输入端口之间，响应于电流检测电路检测到的电流检测信号，和电压检测电路检测到的电压检测信号，输出PWM控制信号。脉宽调制电路与控制器模块相连接，响应于控制器模块输出的PWM控制信号，输出PWM时序信号。
根据本实用新型的实施例，双向DC/DC变换器还包括拓扑电路，参见图2至图4。拓扑电路包括连接于输入/输出端口和输出/输入端口之间的电容器和开关器件。具体而言，包括：与输入/输出端口并联连接的第一电容器C1，和与第一电容器C1串联连接的第一开关K1；与输出/输入端口并联连接的第二电容器C2，和与第二电容器C2串联连接的第二开关K2；以及连接于输入/输出端口和输出/输入端口之间的多个拓扑模块。多个拓扑模块的各个拓扑模块之间连接成级联电路，图2中示出了n个拓扑模块级联的拓扑电路，图3中示出了图2所示的拓扑电路中的第i个拓扑模块的拓扑电路，图4示出了5个拓扑模块级联的拓扑电路。拓扑电路中的储能和稳压元件均为电容器，拓扑电路中的开关均为双向开关，脉宽调制电路输出的PWM时序信号控制拓扑电路中的开关器件接通或者断开。并且，级联的多个拓扑模块的数量可以自由选择。
根据本实用新型的实施例，多个拓扑模块的每个拓扑模块包括：级联电容器Cd；与级联电容器Cd正极板相连接的第一级联开关Ka；与级联电容器Cd负极板相连接的第二级联开关Kb；以及连接在级联电容器Cd负极板与地电位之间的接地级联开关Kd。例如图3中所示的第i个拓扑模块的拓扑电路中，第i个级联拓扑模块由开关Kai、Kbi、Kci和电容Cdi组成，有Vh、Vl、Vnext、Vd四个端子，Vh、Vl与级联电路的两端连接，Vnext与下一级级联模块连接，Vd与地电位连接。该拓扑模块的结构保证了可以根据不同的PWM时序信号对模块中的级联电容器Cd进行充放电模式的控制。
根据本实用新型的实施例，电流检测电路、电压检测电路、脉宽调制电路、控制器模块、和相互级联的多个拓扑模块组成电压电流双闭环控制电路。其中，电流控制环为内环，电压控制环为外环。根据电流检测电路和电压检测电路反馈的信号，电压电流双闭环控制电路调节PWM时序，使拓扑电路中的开关器件接通或者断开。藉此，可实现选择级联的拓扑模块的级联层数，使级联电容器Cd轮序充电，从而获得不同的变比输出。该拓扑电路完全由开关器件和电容器组成，无需电感元件，因此减少了漏磁，提高了转换效率。同时还减小了体积，使双向DC/DC变换器的结构更加紧凑。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种双向DC/DC变换器，其特征在于，包括：
输入/输出端口；
输出/输入端口；
电流检测电路，连接于所述输入/输出端口和输出/输入端口之间，输出电流检测信号；
电压检测电路，连接于所述输入/输出端口和输出/输入端口之间，输出电压检测信号；
控制器模块，连接于所述输入/输出端口和输出/输入端口之间，响应于所述电流检测信号和电压检测信号，输出PWM控制信号；
脉宽调制电路，与所述控制器模块相连接，响应于所述控制器模块输出的PWM控制信号，输出PWM时序信号；以及
拓扑电路，包括连接于所述输入/输出端口和输出/输入端口之间的电容器和开关器件；
其中，所述脉宽调制电路输出的PWM时序信号控制所述拓扑电路中的开关器件接通或者断开。
2.根据权利要求1所述的双向DC/DC变换器，其特征在于，所述拓扑电路包括：
与所述输入/输出端口并联连接的第一电容器(C1)，和与所述第一电容器(C1)串联连接的第一开关(K1)；
与所述输出/输入端口并联连接的第二电容器(C2)，和与所述第二电容器(C2)串联连接的第二开关(K2)；以及
连接于所述输入/输出端口和输出/输入端口之间的多个拓扑模块。
3.根据权利要求2所述的双向DC/DC变换器，其特征在于，所述多个拓扑模块的各个拓扑模块之间连接成级联电路。
4.根据权利要求3所述的双向DC/DC变换器，其特征在于，所述多个拓扑模块的每个拓扑模块包括：
级联电容器(Cd)；
与所述级联电容器(Cd)正极板相连接的第一级联开关(Ka)；
与所述级联电容器(Cd)负极板相连接的第二级联开关(Kb)；以及
连接在所述级联电容器(Cd)负极板与地电位之间的接地级联开关(Kd)。
5.根据权利要求3或4所述的双向DC/DC变换器，其特征在于，所述电流检测电路、电压检测电路、脉宽调制电路、控制器模块、和相互级联的多个拓扑模块组成电压电流双闭环控制电路，
其中，所述电流控制环为内环，所述电压控制环为外环。
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