CN209844843U - 一种双向dc/dc变换器及电动汽车 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种双向DC/DC变换器及电动汽车，包括原边全桥谐振控制电路、副边全桥谐振控制电路，变压器，原边全桥谐振控制电路接于变压器原边绕阻两端，副边全桥谐振控制电路接于变压器的副边绕阻两端，其特征在于，包括：谐振电容、半桥谐振控制电路、控制模块及电池，其中，半桥谐振控制电路包括：开关模块及谐振电路；谐振电容并联于变压器的原边绕阻两端，开关模块与副边全桥谐振控制电路的输出端相连，开关模块与谐振电路电气连接，谐振电路与电池电气连接，控制模块的输入端与谐振电路电气连接，控制模块的输出端与开关模块电气连接。基于本实用新型，可使得双向DC/DC变换器达到精确控制输出电流电压的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及电动汽车充放电领域，特别涉及一种双向DC/DC变换器及电动汽车。
背景技术
现有V2G是Vehicle-to-grid的简称，即电动汽车到电网。V2G技术的基本概念是指，当电动汽车处于闲置时段的时候，电动汽车电池里的能量可以根据需求注入电网，而当电动汽车的电池需要充电时，电网也可以向电动汽车电池传递能量。而双向DC/DC变换器则是V2G技术中重要的一环。如何研制高效率、高功率的双向DC/DC变换器，提升其应用于双向宽范围的场合的性能，是目前主要的研究方向。
谐振型DC-DC变换器拓扑尤其是LLC谐振变换器得到了越来越多的关注。LLC谐振变换器具有自然软开关特性，可在较宽的输入电压和全负载范围实现原边逆变开关管的零电压导通和副边整流二极管的零电流关断，不需要任何辅助网络且控制简单。副边整流侧若采用同步整流技术，可进一步降低导通损耗，提高变换器的整体效率。然而LLC谐振变换器只能工作在单向功率传递状态。
另一种双向CLLLC谐振变换器在LLC电路的基础上，在变压器的副边增加一组谐振元件L和C，这样变换器结构对称，因此无论功率正反向的谐振网络完全一样，具有相同的工作特性。同时，该变换器也具有升降压的功能以及原副边开关管的软开关实现能力。传统电压、电流调节为PID控制，需要根据经验进行参数整定，由于这些参数一旦确定不能根据实际情况进行改变，如果发生扰动则电压变化很大，对期间造成极大地损耗，实时性差。
实用新型内容
本实用新型公开了一种双向DC/DC变换器，通过获取半桥电路的中谐振电感上的电流及电池两端的电压，反馈至PI控制器，控制器输出PWM信号开断半桥谐振的开关，形成双闭环控制，令半桥输出电流电压值与给定值相同，达到精确控制输出电流电压的目的。
本实用新型第一实施例提供了一种双向DC/DC变换器，包括原边全桥谐振控制电路、副边全桥谐振控制电路，变压器，所述原边全桥谐振控制电路接于所述变压器原边绕阻两端，所述副边全桥谐振控制电路接于所述变压器的副边绕阻两端，包括：谐振电容、半桥谐振控制电路、控制模块及电池，其中，半桥谐振控制电路包括：开关模块及谐振电路；
所述谐振电容并联于所述变压器的原边绕阻两端，所述开关模块与所述副边全桥谐振控制电路的输出端相连，所述开关模块与所述谐振电路电气连接，所述谐振电路与所述电池电气连接，所述控制模块的输入端与所述谐振电路电气连接，所述控制模块的输出端与所述开关模块电气连接。
优选地，开关模块包括：第一开关管及第二开关管；
所述第一开关管的D极与所述所述副边全桥谐振控制电路的输出电容第一端相连，所述第一开关管的S极与所述第二开关管的D极相连，所述第二开关管的S极与所述副边全桥谐振控制电路的输出电容第二端相连，所述第一开关管的G极及所述第二开关管的G极与所述控制模块的输出端相连。
优选地，所述谐振电路包括：谐振电感及谐振电容；
所述谐振电感的第一端与所述第一开关管的S极相连，所述谐振电感的第二端与所述谐振电容的第一端相连，所述谐振电容的第二端与所述第二开关管的S极相连，所述电池与所述谐振电容并联。
优选地，所述控制模块包括：PI控制器、电流采集器及电压采集器；
所述电流采集器的输出端与所述PI控制器的输入端相连，所述电压采集器的输出端与所述PI控制器的输入端相连，所述电压采集器用于采集所述电池两端的电压，所述电流采集器用于采集所述谐振电感上的电流；
优选地，所述第一开关管及所述第二开关管为N沟道场效应管。
优选地，所述PI控制器输出端与所述第一开关管及所述第二开关管的G极相连，其中，所述PI控制器输出的信号为PWM信号。
本发明第二实施例提供了一种电动汽车，包括如上所述的一种双向DC/DC变换器；
基于本实用新型公开了一种双向DC/DC变换器，通过获取半桥电路的中谐振电感上的电流及电池两端的电压，将电流值反馈至传统PI控制器，将电压值反馈至模糊PI控制，PI控制器输出PWM信号开断半桥谐振的开关，形成双闭环控制，令半桥输出电流电压值与给定值相同，达到精确控制输出电流电压的目的。
附图说明
图1是本实用新型第一实施例双闭环控制结构示意图；
图2是本实用新型第一实施例双向变换器电路示意图；
图3是本实用新型第一实施例双闭环控制示意图；
具体实施方式
为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
以下结合附图对本实用新型的具体实施例做详细说明。
本实用新型公开了一种双向DC/DC变换器，通过获取半桥电路的中谐振电感上的电流及电池两端的电压，反馈至PI控制器，控制器输出PWM信号开断半桥谐振的开关，形成双闭环控制，令半桥输出电流电压值与给定值相同，达到精确控制输出电流电压的目的。
请参阅图1及图2，本实用新型第一实施例提供了一种双向DC/DC变换器，包括原边全桥谐振控制电路1、副边全桥谐振控制电路2，变压器T，所述原边全桥谐振控制电路1接于所述变压器T原边绕阻两端，所述副边全桥谐振控制电路2接于所述变压器T的副边绕阻两端，包括：谐振电容C1、半桥谐振控制电路3、控制模块4及电池7，其中，半桥谐振控制电路3包括：开关模块及谐振电路；
所述谐振电容C1并联于所述变压器T的原边绕阻两端，所述开关模块与所述副边全桥谐振控制电路2的输出端相连，所述开关模块与所述谐振电路电气连接，所述谐振电路与所述电池电气连接，所述控制模块4的输入端与所述谐振电路电气连接，所述控制模块4的输出端与所述开关模块电气连接。需要说明的是，在所述变压器T原边绕组上并联谐振电容C1，可有效的避免了寄生参数的不良影响。且结合了串联谐振变换器和并联谐振变换器的特点，具有较好的调压特性，适合于宽电压增益范围，减少了磁性元件的使用，同时效率较高，具有较强的实用特点。
在本实施例中，开关模块包括：第一开关管Q1及第二开关管Q2；
所述第一开关管Q1的D极与所述所述副边全桥谐振控制电路2的输出电容第一端相连，所述第一开关管Q1的S极与所述第二开关管Q2的D极相连，所述第二开关管Q2的S极与所述副边全桥谐振控制电路2的输出电容C2第二端相连，所述第一开关管Q1的G极及所述第二开关管Q2的G极与所述控制模块的输出端相连。需要说明的是，所述开关模块用于接收控制模块的控制信号，决定所述第一开关管Q1或所述第二开关管Q2的开断。以达到能够精确控制变换器输出的电压和电感电流。
在本实施例中，所述谐振电路包括：谐振电感L1及谐振电容C3；
所述谐振电感L1的第一端与所述第一开关管的S极相连，所述谐振电感的第二端与所述谐振电容的第一端相连，所述谐振电容C3的第二端与所述第二开关管Q2的S极相连，所述电池7与所述谐振电容C3并联。
在本实施例中，所述控制模块4包括：PI控制器、电流采集器及电压采集器；
所述电流采集器的输出端与所述PI控制器的输入端相连，所述电压采集器的输出端与所述PI控制器的输入端相连，所述电压采集器用于采集所述电池两端的电压，所述电流采集器用于采集所述谐振电感上的电流；需要说明的是，本实施例采用双闭环控制，如图3所示，其中，电流环作为内环，通过电流采集器与所述采集谐振电感上的电流，并将其值传至传统PI控制器上，电压环作为外环，通过电压采集器采集所述电池两端的电压，并将其值传至模糊PI控制器上，与所述给定的电压值Vref及电流值Iref做对比形成，所述PI控制器对差值进行整合，输出至PWM调制器中，形成占空比控制信号，用于决定开关管的导通与否。
在本实施例中，所述第一开关管Q1及所述第二开关管Q2为N沟道场效应管。需要说明的是，在其他实施例中，在所述半桥谐振电路3上的开关模块，即第一开关管Q1、第二开关管Q2，也可以是P沟道场效应管及其他的开关管，改变其接线方式，使得回路导通，这些方案均在本使用新型的保护范围内。
在本实施例中，所述PI控制器输出端与所述第一开关管Q1及所述第二开关管Q2的G极相连，其中，所述PI控制器输出的信号为PWM信号。需要说明的是，所述PI控制器通过输出PWM信号控制第一开关管Q1、第二开关管Q2的导通与否，来控制变换器的能够精确的输出的电压和电感电流。当然，在其他实施例中，也可以是输出其他的电信号，能使的第一开关管Q1、第二开关管Q2导通的信号来控制，本实用新型不做具体限定，但这些方案均在本使用新型的保护范围内。
本发明第二实施例提供了一种电动汽车，包括如上所述的一种双向DC/DC变换器；
基于本实用新型公开了一种双向DC/DC变换器，通过获取半桥电路的中谐振电感上的电流及电池两端的电压，将电流值反馈至传统PI控制器，将电压值反馈至模糊PI控制，PI控制器输出PWM信号开断半桥谐振的开关，形成双闭环控制，令半桥输出电流电压值与给定值相同，达到精确控制输出电流电压的目的。
以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。
Claims (7)
1.一种双向DC/DC变换器，包括原边全桥谐振控制电路、副边全桥谐振控制电路，变压器，所述原边全桥谐振控制电路接于所述变压器原边绕阻两端，所述副边全桥谐振控制电路接于所述变压器的副边绕阻两端，其特征在于，包括：谐振电容、半桥谐振控制电路、控制模块及电池，其中，半桥谐振控制电路包括：开关模块及谐振电路；
所述谐振电容并联于所述变压器的原边绕阻两端，所述开关模块与所述副边全桥谐振控制电路的输出端相连，所述开关模块与所述谐振电路电气连接，所述谐振电路与所述电池电气连接，所述控制模块的输入端与所述谐振电路电气连接，所述控制模块的输出端与所述开关模块电气连接。
2.根据权利要求1所述的一种双向DC/DC变换器，其特征在于，开关模块包括：第一开关管及第二开关管；
所述第一开关管的D极与所述副边全桥谐振控制电路的输出电容第一端相连，所述第一开关管的S极与所述第二开关管的D极相连，所述第二开关管的S极与所述副边全桥谐振控制电路的输出电容第二端相连，所述第一开关管的G极及所述第二开关管的G极与所述控制模块的输出端相连。
3.根据权利要求2所述的一种双向DC/DC变换器，其特征在于，所述谐振电路包括：谐振电感及谐振电容；
所述谐振电感的第一端与所述第一开关管的S极相连，所述谐振电感的第二端与所述谐振电容的第一端相连，所述谐振电容的第二端与所述第二开关管的S极相连，所述电池与所述谐振电容并联。
4.根据权利要求3所述的一种双向DC/DC变换器，其特征在于，所述控制模块包括：PI控制器、电流采集器及电压采集器；
所述电流采集器的输出端与所述PI控制器的输入端相连，所述电压采集器的输出端与所述PI控制器的输入端相连，所述电压采集器用于采集所述电池两端的电压，所述电流采集器用于采集所述谐振电感上的电流。
5.根据权利要求3所述的一种双向DC/DC变换器，其特征在于，所述第一开关管及所述第二开关管为N沟道场效应管。
6.根据权利要求4所述的一种双向DC/DC变换器，其特征在于，所述PI控制器输出端与所述第一开关管及所述第二开关管的G极相连，其中，所述PI控制器输出的信号为PWM信号。
7.一种电动汽车，其特征在于，包括如权利要求1至6所述的一种双向DC/DC变换器。
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