CN202145619U - 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，包括电流检测电路、电压检测电路、控制器模块、脉宽调制电路、和高频双变比变压器。本实用新型使用中间抽头的双向双变比且变比可调的隔离式DC/DC变换器，可以大幅地变化直流电压，并且控制精度高、可靠性和稳定性高，适用于充电DC/DC变比和放电DC/DC变比相差较大的系统。
Description
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，双向DC/DC主要分为隔离式和非隔离式，非隔离式大多采用BUCK/BOOST的拓扑结构，受拓扑结构的影响，非隔离式双向DC/DC变换器的缺点主要有五个方面。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大；第三、开关管和变压器的利用率高；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201010619356.5中，公开了一种双向隔离串联谐振DC/DC变换器，其结构由稳压电容器、高频变换器、储能单元组成，可大幅地变换直流电压；但是，其所使用的高频变换器是全桥拓扑结构且变压器为单变比变压器，所用器件较多，在充电时DC/DC变比和放电时DC/DC变比相差较大时不适用。另外，其反馈调节系统未作说明，对于要求精确控制输出电压和输出电流的系统不能很好的满足。
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，以解决现有技术中的DC/DC变换器在充电时DC/DC变比和放电时DC/DC变比相差较大时输出电压控制精度和可靠性差的缺陷。
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：
电流检测电路，连接于双向DC/DC变换器的输入端口和输出端口之间，输出电流检测信号；
电压检测电路，连接于双向DC/DC变换器的输入端口和输出端口之间，输出电压检测信号；
控制器模块，连接于双向DC/DC变换器的输入端口和输出端口之间，响应于电流检测信号和电压检测信号，输出包括PWM控制信号和开关动作控制信号的控制信号；
脉宽调制电路，与所述控制器模块相连接，响应于控制器模块输出的PWM控制信号，接通或者阻断双向DC/DC变换器的充电放电电路；以及
高频双变比变压器，向双向DC/DC变换器的储能装置提供充电电压，其原边绕组与双向DC/DC变换器的输入端口相连接，副边绕组与双向DC/DC变换器的输出端口相连接。
优选地，双向DC/DC变换器还包括连接在高频双变比变压器的副边绕组上的开关二极管；
其中，响应于控制器模块输出的开关动作控制信号，开关二极管导通或者关断。
优选地，高频双变比变压器包括第一副边绕组和第二副边绕组；
第一副边绕组的异名端与第一开关二极管的正极相连接，第二副边绕组的异名端与第二开关二极管的负极相连接。
优选地，双向DC/DC变换器还包括连接在其输入端口的第一双向二极管和连接在其输出端口的第二双向二极管；并且
响应于控制器模块输出的二极管导通控制信号，第一双向二极管和第二双向二极管调整导通方向，以阻断电源或者负载反充电。
优选地，双向DC/DC变换器还包括谐振去磁电路，该电路包括：
并联在双向DC/DC变换器的输入端口的第一滤波电容器，和并联在双向DC/DC变换器的输出端口的第二滤波电容器；以及
与第一滤波电容器相连接的第一组续流二极管，和与第二滤波电容器相连接的第二组续流二极管。
优选地，脉宽调制电路包括：
PWM模块；以及
金属-氧化层-半导体-场效晶体管；
其中，响应于控制器模块输出的PWM控制信号，PWM模块输出调节PWM信号的占空比的PWM调节信号；
响应于PWM模块输出的PWM调节信号，金属-氧化层-半导体-场效晶体管导通或者关断。
优选地，电压检测电路、电流检测电路、脉宽调制电路和控制器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)本实用新型使用中间抽头的双向双变比且变比可调的隔离式DC/DC变换器，可以大幅地变化直流电压，并且控制精度高、可靠性和稳定性高，非常适用于充电DC/DC变比和放电DC/DC变比相差较大的系统，更加适用于电压变换幅度大和充放电变比相差较大的系统；
(2)本实用新型使用电压电流双环反馈控制PWM信号，可改善系统的电压调整率，提高系统的瞬态响应速度，增加系统的稳定性；
(3)本实用新型电路结构简单，器件较少且功能复用，使之通过较少器件即可满足过压、过流、欠压、欠电流、防反充电等保护功能，尤其适合于家用太阳能电站系统。
附图说明
图1是根据本实用新型一个实施例的电路图；
图2是根据本实用新型一个实施例，对储能装置进行充电时的等效电路图；
图3是根据本实用新型一个实施例，储能装置放电时的等效电路图；
图4是根据本实用新型一个实施例的电压检测电路图；
图5是根据本实用新型一个实施例的电流检测电路图。
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，本实用新型的双向DC/DC变换器包括电流检测电路、电压检测电路、控制器模块、脉宽调制电路、和高频双变比变压器。电流检测电路连接于双向DC/DC变换器的输入端口和输出端口之间，其作用是输出电流检测信号。电压检测电路连接于双向DC/DC变换器的输入端口和输出端口之间，其作用是输出电压检测信号。上述的电流检测信号和电压检测信号用作控制器模块的输入信号。控制器模块连接于双向DC/DC变换器的输入端口和输出端口之间，响应于电流检测信号和电压检测信号，控制器模块输出控制信号，例如PWM控制信号，开关动作控制信号，以及二极管导通控制信号等。
根据本实用新型的实施例，双向DC/DC变换器还包括与控制器模块相连接的脉宽调制电路，该电路包括PWM模块和金属-氧化层-半导体-场效晶体管(NI，N2，N3，N4)。其中，PWM模块接收控制器模块输出的PWM控制信号，输出调节PWM信号的占空比的PWM调节信号。金属-氧化层-半导体-场效晶体管(NI，N2，N3，N4)接收上述PWM调节信号，并根据该信号导通或者关断。
根据本实用新型的实施例，电压检测电路、电流检测电路、脉宽调制电路和控制器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。电压电流双环反馈控制PWM信号，可改善系统的电压调整率，提高系统的瞬态响应速度，增加系统的稳定性。
图4是本实用新型一个实施例的电压检测电路图，该实施例给出一种利用高精度线性模拟光耦器件HCNR201(U15)光电隔离法对模拟正电压信号进行采集的电路，Vvin采集电压信号，采集到得电压值为：
图5是本实用新型一个实施例的电流检测电路图，该实施例采用LEM公司的电流传感器HXS 20-NP进行电流测量，将电流转变成偏置的电压信号。电流传感器输出的电压信号Vcin，经过电阻R6和R7分压，再经过RC滤波、电压跟随后输出，从而反馈进行PWM调节。
根据本实用新型的实施例，双向DC/DC变换器还包括向双向DC/DC变换器的储能装置提供充电电压的高频双变比变压器。高频双变比变压器的原边绕组与双向DC/DC变换器的输入端口相连接，副边绕组与双向DC/DC变换器的输出端口相连接。根据本实用新型的实施例，高频双变比变压器的副边绕组包括第一副边绕组和第二副边绕组，在两个副边绕组上，分别连接有第一开关二极管S1和第二开关二极管S2。其中，第一副边绕组的异名端与第一开关二极管S1的正极相连接，第二副边绕组的异名端与第二开关二极管S2的负极相连接。响应于控制器模块输出的开关动作控制信号，第一开关二极管S1和第二开关二极管S2导通或者关断。藉此，实现对高频双变比变压器的变比的控制。
继续参见图1，双向DC/DC变换器还包括连接在其输入端口的第一双向二极管K1和连接在其输出端口的第二双向二极管K2。响应于控制器模块输出的二极管导通控制信号，第一双向二极管K1和第二双向二极管K2调整导通方向，用于阻断电源或者负载反充电。因此，第一双向二极管K1和第二双向二极管K2形成双向DC/DC变换器的防止反充电的保护装置。
此外，双向DC/DC变换器还包括谐振去磁电路，该电路包括滤波电容器和续流二极管组。根据本实用新型的实施例，第一滤波电容器C1并联在双向DC/DC变换器的输入端口，第二滤波电容器C2并联在双向DC/DC变换器的输出端口。与第一滤波电容器C1相连接的，是由续流二极管D1和续流二极管D2组成的第一组续流二极管；与第二滤波电容器C2相连接的，是由续流二极管D3和续流二极管D4组成的第二组续流二极管。
参见图2，是本实用新型一个实施例，对储能电池充电时的电路图。充电时输入/输出分别为光伏电池和储能电池，金属-氧化层-半导体-场效晶体管N1、金属-氧化层-半导体-场效晶体管N2受PWM信号控制而导通或者关断；金属-氧化层-半导体-场效晶体管N3、金属-氧化层-半导体-场效晶体管N4一直处于导通状态。第一开关二极管S1导通，第二开关二极管S2关断，所选择的变压器的工作绕组为原边绕组和第一副边绕组。金属-氧化层-半导体-场效晶体管N1、金属-氧化层-半导体-场效晶体管N2导通时，电能经变压器传输到储能电池侧，对储能电池进行充电。电容器C2也储存能量，当N1、N2关断时，电容器C2继续对电池充电。
参见图3，是本实用新型一个实施例，储能装置放电时电路图。放电时输入/输出分别为储能电池和负载，金属-氧化层-半导体-场效晶体管N3、金属-氧化层-半导体-场效晶体管N4受PWM信号控制而导通或者关断；金属-氧化层-半导体-场效晶体管N1、金属-氧化层-半导体-场效晶体管N2一直处于导通状态。第二开关二极管S2导通，第一开关二极管S1关断，所选择的变压器变比为原边绕组和第二副边绕组。
本实用新型使用中间抽头的双向双变比且变比可调的隔离式DC/DC变换器，可以大幅地变化直流电压，并且控制精度高、可靠性和稳定性高，适用于充电DC/DC变比和放电DC/DC变比相差较大的系统。
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 (7)
1.一种双向DC/DC变换器，其特征在于，包括：
电流检测电路，连接于所述双向DC/DC变换器的输入端口和输出端口之间，输出电流检测信号；
电压检测电路，连接于所述双向DC/DC变换器的输入端口和输出端口之间，输出电压检测信号；
控制器模块，连接于所述双向DC/DC变换器的输入端口和输出端口之间，响应于所述电流检测信号和电压检测信号，输出包括PWM控制信号和开关动作控制信号的控制信号；
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，接通或者阻断所述双向DC/DC变换器的充电放电电路；以及
高频双变比变压器，向所述双向DC/DC变换器的储能装置提供充电电压，其原边绕组与所述双向DC/DC变换器的输入端口相连接，副边绕组与所述双向DC/DC变换器的输出端口相连接。
2.根据权利要求1所述的双向DC/DC变换器，其特征在于，所述双向DC/DC变换器还包括连接在所述高频双变比变压器的副边绕组上的开关二极管(S1，S2)；
其中，响应于所述控制器模块输出的开关动作控制信号，所述开关二极管(S1，S2)导通或者关断。
3.根据权利要求2所述的双向DC/DC变换器，其特征在于，所述高频双变比变压器包括第一副边绕组和第二副边绕组；
所述第一副边绕组的异名端与第一开关二极管(S1)的正极相连接，所述第二副边绕组的异名端与第二开关二极管(S2)的负极相连接。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的双向DC/DC变换器，其特征在于，所述双向DC/DC变换器还包括连接在其输入端口的第一双向二极管(K1)和连接在其输出端口的第二双向二极管(K2)；并且
响应于所述控制器模块输出的二极管导通控制信号，所述第一双向二极管(K1)和第二双向二极管(K2)调整导通方向，以阻断电源或者负载反充电。
5.根据权利要求4所述的双向DC/DC变换器，其特征在于，所述双向DC/DC变换器还包括谐振去磁电路，该电路包括：
并联在所述双向DC/DC变换器的输入端口的第一滤波电容器(C1)，和并联在所述双向DC/DC变换器的输出端口的第二滤波电容器(C2)；以及
与所述第一滤波电容器(C1)相连接的第一组续流二极管(D1，D2)，和与所述第二滤波电容器(C2)相连接的第二组续流二极管(D3，D4)。
6.根据权利要求1所述的双向DC/DC变换器，其特征在于，所述脉宽调制电路包括：
PWM模块；以及
金属-氧化层-半导体-场效晶体管(NI，N2，N3，N4)；
其中，响应于所述控制器模块输出的PWM控制信号，所述PWM模块输出调节PWM信号的占空比的PWM调节信号；
响应于所述PWM模块输出的PWM调节信号，所述金属-氧化层-半导体-场效晶体管(NI，N2，N3，N4)导通或者关断。
7.根据权利要求1所述的双向DC/DC变换器，其特征在于，所述电压检测电路、电流检测电路、脉宽调制电路和控制器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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Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 061503 CANGZHOU, HEBEI PROVINCE TO: 050056 SHIJIAZHUANG, HEBEI PROVINCE |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20120925 Address after: 050056, two floor, 176 Marriott building, Zhonghua South Street, Shiqiao West, Hebei, Shijiazhuang Patentee after: Hebei Lingyun Real Estate Development Co., Ltd. Address before: Cangzhou City, Hebei province Nanpi 061503 huma County Ying Zhen Tama Temple No. 78 Patentee before: Wang Zhongda |
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| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20120215 |
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| CX01 | Expiry of patent term |