CN202406057U

CN202406057U - 一种三相交流和直流的双向变换器

Info

Publication number: CN202406057U
Application number: CN2012200030126U
Authority: CN
Inventors: 阮世良
Original assignee: Shenzhen Gospell Electric Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Gospell Electric Technology Co Ltd
Priority date: 2012-01-05
Filing date: 2012-01-05
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2022-01-05

Abstract

本实用新型公开了一种三相交流和直流的双向变换器，其包括高频整流单元、DC-DC原边开关单元、副边整流单元、变压器、第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、电解电容、驱动单元、隔离驱动单元、隔离单元和DSP。本实用新型采用同一套主电路实现，采用DSP进行控制，由于该方法采用高频变压器实现隔离，不需要笨重的工频变压器，因此整机重量轻、体积小、系统构成灵活，可以方便的实现节能和安全隔离，且本实用新型成本低、效率较高、安全特性好。

Description

一种三相交流和直流的双向变换器

[技术领域]

本实用新型涉及电源变换技术，尤其涉及一种三相交流和直流的双向变换器。

[背景技术]

在新型直流电压端的生产应用中，通常需要对直流电压端进行多次的充放电后才能形成最终的直流电压端，传统的方法是采用充电器进行充电，采用电阻性负载放电，该方法对能源有较大的消耗。为此，市场上出现了很多节能的方法。

其中一种节能的方法是通过充电器进行充电，放电时通过另外的放电逆变器进行放电，该方法实现了节能，但系统由于包含了充电部分和放电部分，硬件相对负杂，成本较高。

另一种节能的方法是通过工频隔离变压器隔离后，进行高频整流得到一个母线电压，然后采用一个不隔离的buck/boost双向变换电路到输出；该方法实现了一套装置进行双向变换，但还是有以下缺点，如工频变压器重量重，成本高，在小功率情况下体积大，成本高等问题。

为解决上面提到的问题，本实用新型采用高频隔离的双向变换电路，充电时从电网向直流电压端充电，放电时直流电压端直接放电到电网，整个过程采用同一套主电路实现，采用智能控制电路进行控制，由于该方法采用高频变压器实现隔离，不需要笨重的工频变压器，因此整机重量轻，体积小，系统构成灵活，可以方便的实现节能和安全隔离，该方案具有较好的成本和较高的效率及安全特性。

[实用新型内容]

本实用新型提供了一种三相交流和直流的双向变换器，整机重量轻、体积小、系统构成灵活，成本低。

本实用新型的技术方案是：

一种三相交流和直流的双向变换器，包括高频整流单元、DC-DC原边开关单元、副边整流单元、变压器、第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、电解电容、驱动单元、隔离驱动单元、隔离单元和DSP；

高频整流单元的第一端通过第一电感与电网第一相连接，第二端通过第二电感与电网第二相连接，第三端通过第三电感与电网第三相连接，并通过DC-DC原边开关单元与变压器的原边绕组连接，副边整流单元与变压器的两个副边绕组连接，两个副边绕组的连接点通过第四电感接直流电压端，电解电容的一端接直流电压端，另一端接地；DSP的其中一个电流检测端和电压检测端分别与电网连接，另一个电压检测端通过隔离单元接直流电压端，另一个电流检测端接在副边整流单元和地之间，DSP的第一驱动端通过驱动单元驱动高频整流单元，第二驱动端通过隔离驱动单元驱动DC-DC原边开关单元，第三驱动端通过隔离单元驱动副边整流单元。

本实用新型采用高频隔离的双向变换电路，充电时从电网向直流电压端充电，放电时直流电压端直接放电到电网，整个过程采用同一套主电路实现，采用DSP进行控制，由于该方法采用高频变压器实现隔离，不需要笨重的工频变压器，因此整机重量轻、体积小、系统构成灵活，可以方便的实现节能和安全隔离，且本实用新型成本低、效率较高、安全特性好。

[附图说明]

图1是本实用新型的三相交流和直流的双向变换器在一实施例中的电路原理图。

[具体实施方式]

下面结合附图对本实用新型的具体实施例做一详细的阐述。

如图1，本实用新型的三相交流和直流的双向变换器，包括DSP、驱动单元、隔离驱动单元、隔离单元及第一电感L6、第二电感L10、第三电感L11、第四电感L 3-C、电解电容C1、第一MOS管Q11、第二MOS管Q12、第三MOS管Q13、第四MOS管Q14、第五MOS管Q15、第六MOS管Q16、第七MOS管Q17、第八MOS管Q18、第九MOS管Q19、第十MOS管Q20、第十一MOS管Q21、第十二MOS管Q22、变压器；变压器包括一个原边绕组L1-E和两个副边绕组L1-B、L2-A；

第七MOS管Q17、第八MOS管Q18、第十一MOS管Q21的漏极相连接，并分别与第一MOS管Q11和第二MOS管Q12的漏极连接；第九MOS管Q19、第十MOS管Q20、第十二MOS管Q22、第三MOS管Q13、第四MOS管Q14的源极接地，第七MOS管Q17的源极和第十MOS管Q20的漏极连接点通过第一电感L6接电网第一相L1，第八MOS管Q18的源极和第九MOS管Q19的漏极连接点通过第二电感L10接电网第二相L2，第十一MOS管Q21的源极和第十二MOS管Q22的漏极连接点通过第三电感L11接电网第三相L 3，DSP的第一驱动端通过驱动单元分别与第七MOS管Q17、第八MOS管Q18、第九MOS管Q19、第十MOS管Q20、第十一MOS管Q21、第十二MOS管Q22的栅极连接，DSP的其中一个电流检测端和电压检测端分别与电网连接，DSP的第二驱动端通过隔离驱动单元分别与第一MOS管Q11、第二MOS管Q12、第三MOS管Q13、第四MOS管Q14的栅极连接，第一MOS管Q11的源极和第三MOS管Q13的漏极连接点与变压器的原边绕组L1-E的一端连接，第二MOS管Q12的源极和第四MOS管Q14的漏极连接点与原边绕组L1-E的另一端连接；

DSP的第三驱动端通过隔离单元分别与第五MOS管Q15、第六MOS管Q16的栅极连接，DSP的另一个电流检测端连接在第五MOS管Q15的源极和地的连接点之间，DSP的另一个电压检测端与直流电压端V2连接；变压器的两个副边绕组的连接点通过第二电感L3-C与直流电压端V2连接，其中一个副边绕组L2-A与第五MOS管Q15的漏极连接，第五MOS管Q15、第六MOS管Q16的源极接地，第六MOS管Q16的漏极与另一个副边绕组L1-B连接，电解电容C7的正极接直流电压端V2，负极接地。

其中，第一MOS管Q11、第二MOS管Q12、第三MOS管Q13、第四MOS管Q14组成DC-DC原边整流单元，第五MOS管Q15、第六MOS管Q16组成副边整流单元，第七MOS管Q17、第八MOS管Q18、第九MOS管Q19、第十MOS管Q20、第十一MOS管Q21、第十二MOS管Q22组成高频整流单元。

另外，第一MOS管Q11、第二MOS管Q12、第三MOS管Q13、第四MOS管Q14、第五MOS管Q15、第六MOS管Q16、第七MOS管Q17、第八MOS管Q18、第九MOS管Q19、第十MOS管Q20、第十一MOS管Q21、第十二MOS管Q22内还分别设有第一体二极管D1、第二体二极管D2、第三体二极管D3、第四体二极管D4、第五体二极管D5、第六体二极管D6、第七二极管D7、第八体二极管D8、第九体二极管D9、第十体二极管D10、第十一体二极管D11、第十二体二极管D12；在进行同步整流时，可以分别利用MOS管内的二极管进行工作，此时可以不再驱动MOS管工作。

具体实施时，所述隔离单元和隔离驱动单元采用电气隔离，如采样电路的隔离单元采用线性光耦，隔离驱动单元采用高速光耦或专用隔离驱动芯片进行隔离，如与DSP同侧的采用IR2113，副边采用HCPL205。

本实用新型的双向变换器其实由两部分组成，一是高频整流部分；二是隔离的双向直流变换部分；高频整流部分实现交流到直流的不隔离变换，其本质是一个逆变电路，通过DSP的智能控制，可以实现输入的高功率因数，同时实现双向变换，当直流母线电压低于设定电压时，能量从交流部分流向直流母线，当直流母线电压高于设定电压时，能量从直流母线流向交流部分。

隔离的双向直流变换部分实现直流母线到输出直流的变换，但输出有负载吸取能量的情况下，能量从直流母线流向输出直流，当有外部能量流向输出直流母线时，通过DSP的智能控制可以实现能量从输出直流流向直流母线，继而通过高频整流的控制，从直流母线流向交流电网部分。

图1所示其实为一个1kw双向隔离变换器，实现从三相交流220V到直流12V的双向变换。图中MOS管Q17、Q18、Q19、Q20、Q21、Q22为高频整流主电路，MOS管Q11、Q12、Q13、Q14为双向隔离DC部分的原边开关管，MOS管Q15、Q16为双向隔离副边部分同步整流开关管(输出能量)或副边推挽升压的开关管。

电路中高频整流和双向隔离DC采用一颗DSP控制。其中DSP完成高频整流控制，检测三相交流电压、电流和直流母线电压，进行高频整流算法及控制，三相高频整流电路实现高功率因数和稳定的直流母线电压；同时DSP经过隔离后检测输出电压和电流，并隔离驱动副边的同步整流(能量输出)或升压(能量馈入)开关管；DSP检测输出的电压电流，确定能量流动的方向并采用相应的驱动控制策略，实现能量按需要的方向流动控制。

上述描述中，DC-DC原边整流单元、高频整流单元里的MOS管同样可以采用IGBT等其他的开关器件，以满足实际使用的需要。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims

1.一种三相交流和直流的双向变换器，其特征在于：包括高频整流单元、DC-DC原边开关单元、副边整流单元、变压器、第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、电解电容、驱动单元、隔离驱动单元、隔离单元和DSP；

2.根据权利要求1所述的三相交流和直流的双向变换器，其特征在于：所述DC-DC原边开关单元包括包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管，所述副边整流单元包括第五MOS管、第六MOS管，所述高频整流单元包括第七MOS管、第八MOS管、第九MOS管、第十MOS管、第十一MOS管、第十二MOS管；

第七MOS管、第八MOS管、第十一MOS管的漏极相连接，并分别与第一MOS管和第二MOS管的漏极连接；第九MOS管、第十MOS管、第十二MOS管、第三MOS管、第四MOS管的源极接地，第七MOS管的源极和第十MOS管的漏极连接点通过第一电感接电网第一相，第八MOS管的源极和第九MOS管的漏极连接点通过第二电感接电网第二相，第十一MOS管的源极和第十二MOS管的漏极连接点通过第三电感接电网第三相，DSP的第一驱动端通过驱动单元分别与第七MOS管、第八MOS管、第九MOS管、第十MOS管、第十一MOS管、第十二MOS管的栅极连接，DSP的第二驱动端通过隔离驱动单元分别与第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管的栅极连接，第一MOS管的源极和第三MOS管的漏极连接点与变压器的原边绕组的一端连接，第二MOS管的源极和第四MOS管的漏极连接点与原边绕组的另一端连接；

DSP的第三驱动端通过隔离单元分别与第五MOS管、第六MOS管的栅极连接，DSP的另一个电流检测端连接在第五MOS管的源极和地的连接点之间；其中一个副边绕组与第五MOS管的漏极连接，第五MOS管、第六MOS管的源极接地，第六MOS管的漏极与另一个副边绕组连接。

3.根据权利要求1或2所述的三相交流和直流的双向变换器，其特征在于：所述隔离单元和隔离驱动单元采用电气隔离。