一种双向DC‑DC电源控制电路的制作方法

本实用新型属于高频DC-DC变换器领域，具体涉及一种双向DC-DC电源控制电路。

背景技术：

开关电源以体积小、效率高、重量轻、隔离等优点受到人们的青睐。双向DC-DC电源在直流微网、太阳能储能等行业应用广泛，传统的双向DC-DC电源的输入侧、输出侧均需要用MOS、IGBT等高频开关器件进行斩波或整流，并需要相应的驱动及控制电路，而单向DC-DC电源，只需输入侧选用高频开关器件，输出侧采用二极管整流即可，因此，传统的双向DC-DC电源与单向DC-DC电源相比需要增加开关器件及相应的驱动控制电路，相应地需要更为强大的控制系统提供支持。也就是说，需要增加额外的高频开关器件，电源成本显著增加，同时也提高控制系统难度。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型提出了一种双向DC-DC电源控制电路，以单向能量流动的DC-DC电源为平台，通过逻辑切换的方式实现双向DC-DC的功能，即能量双向流动，从而解决双向电源的存在的成本高、控制复杂的问题。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种双向DC-DC电源控制电路，包括端口A、端口B、软启动电路和单向DC-DC电源，所述单向DC-DC电源包括输入端C和输出端D，输入端C的正极C+与负极C-之间连接有输入电容Ci，输出端D的正极D+与负极D-之间连接有输出电容Co；

当能量从端口A流向端口B时，所述端口A通过软启动电路与单向DC-DC电源输入端C连通，端口B与单向DC-DC电源输出端D连通；

当能量从端口B流向端口A时，所述端口B通过软启动电路与单向DC-DC电源输入端C连通，端口A与单向DC-DC电源输出端D连通。

还包括反堵电路，端口A和端口B均通过反堵电路连接单向DC-DC电源输出端D正极D+。

所述反堵电路包括并联设置的开关K11和二极管D1，所述软启动电路包括开关K9和开关K10，开关K9串联电阻R1后与开关K10并联；

端口A正极A+和端口B正极B+分别通过开关K1和开关K2连接至软启动电路的一端，软启动电路另一端连接单向DC-DC电源输入端C正极C+；端口A正极A+和端口B正极B+还分别通过开关K5和开关K6连接至反堵电路的一端，反堵电路另一端连接单向DC-DC电源输出端D正极D+；

端口A负极A-和端口B负极B-分别通过开关K3和开关K4连接至单向DC-DC电源的输入端C负极C-；端口A负极A-和端口B负极B-还分别通过开关K7和开关K8连接至单向DC-DC电源的输出端D负极D-。

当能量从端口A流向端口B时，所述端口A正极A+通过软启动电路与单向DC-DC电源输入端C的正极C+连通，端口A负极A-与单向DC-DC电源输入端C的负极C-连通；端口B正极B+通过反堵电路与单向DC-DC电源输出端D的正极D+连通，端口B负极B-与单向DC-DC电源输出端D的负极D-连通；

当能量从端口B流向端口A时，所述端口B正极B+通过软启动电路与单向DC-DC电源输入端C的正极C+连通，端口B负极B-与单向DC-DC电源输入端C的负极C-连通；端口A正极A+通过反堵电路与单向DC-DC电源输出端D的正极D+连通，端口A负极A-与单向DC-DC电源输出端D的负极D-连通。

所述反堵电路包括并联设置的开关K7和二极管D1，所述软启动电路包括开关K9和开关K10，开关K9串联电阻R1后与开关K10并联；

端口A正极A+和端口B正极B+分别通过开关K1和开关K2连接至软启动电路的一端，软启动电路另一端连接单向DC-DC电源输入端C正极C+；端口A正极A+和端口B正极B+还分别通过开关K3和开关K4连接至反堵电路的一端，反堵电路另一端连接单向DC-DC电源输出端D正极D+；

端口A负极A-、端口B负极B-以及单向DC-DC电源的输入端C负极C-和输出端D负极D-共地连接。

所述软启动电路包括第一软启动电路和第二软启动电路，端口A通过第一软启动电路与单向DC-DC电源输入端C连通，端口B通过第二软启动电路与单向DC-DC电源输入端C连通。

所述第一软启动电路包括开关K9和开关K10，开关K9串联电阻R1后与开关K10并联，所述第二软启动电路包括开关K11和开关K12，开关K11串联电阻R2后与开关K12并联；

所述端口A正极A+连接第一软启动电路的一端，第一软启动电路的另一端分别通过开关K1和开关K2连接单向DC-DC电源输入端C的正极C+和输出端D的正极D+；

所述端口B正极B+连接第二软启动电路的一端，第二软启动电路的另一端分别通过开关K5和开关K6连接单向DC-DC电源输入端C的正极C+和输出端D的正极D+；

所述端口A负极A-分别通过开关K3和开关K4连接单向DC-DC电源输入端C的负极C-以及输出端D的负极D-；

所述端口B负极B-分别通过开关K7和开关K8连接单向DC-DC电源输入端C的负极C-以及输出端D的负极D-。

所述第一软启动电路包括开关K5和开关K6，开关K5串联电阻R1后与开关K6并联，所述第二软启动电路包括开关K7和开关K8，开关K7串联电阻R2后与开关K8并联；

所述端口A正极A+连接第一软启动电路的一端，第一软启动电路的另一端分别通过开关K1和开关K2连接单向DC-DC电源输入端C的正极C+和输出端D的正极D+；

所述端口B正极B+连接第二软启动电路的一端，第二软启动电路的另一端分别通过开关K3和开关K4连接单向DC-DC电源输入端C的正极C+和输出端D的正极D+；

所述端口A的负极A-、端口B的负极B-、单向DC-DC电源输入端C的负极C-和输出端D的负极D-共地连接。

所述开关均为可控开关；还包括单向DC-DC电源的主控制器MCU，主控制器MCU用于接收上位机指令并控制可控开关的接通或切断。

本实用新型控制电路的控制方法，包括开机控制方法和关机控制方法，其中，开机控制方法包括以下步骤：

首先单向DC-DC电源的主控制器MCU接收上位机指令，当指令为能量从端口A流向端口B时，即端口A为外部输入端，端口B为外部输出端；当指令为能量从端口B流向端口A时，即端口B为外部输入端，端口A为外部输出端，然后进行软启动；

MCU控制外部输入端、软启动电路与单向DC-DC电源的输入电容Ci组成回路，为输入电容Ci预充电，同时检测输入电容Ci对应的电压采样值V1，当V1电压值与外部输入端电压差小于5V时，软起动结束；

然后，MCU控制外部输入端与单向DC-DC电源的输入端短接，然后启动单向DC-DC电源，使得单向DC-DC电源输出端的输出电容Co对应的电压采样值V2上升，当输出电压V2上升至与外部输出端电压差小于5V时，控制外部输出端与单向DC-DC电源的输出端连通，开机过程结束；

关机控制方法包括以下步骤：

首先关闭单向DC-DC电源，使得输出电压V2下降，当单向DC-DC电源输出电流为0A时，断开外部输出端与单向DC-DC电源输出端的连接；当单向DC-DC电源输入电流低于0.1A时，断开外部输入端与单向DC-DC电源的短接，并延时100ms断开软启动电路，然后断开外部输出端与单向DC-DC电源的输出端的连接，断开外部输入端与软启动电路直接的连接，关机过程结束。

传统的双向DC-DC电源为了能够实现能量双向流动，需要输出侧与输出侧均需采用IGBT、MOS等高频可控开关器件。然而，单向DC-DC电源，一般来说，输入侧选用高频可控开关器件，输出侧只需采用二极管整流即可。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：本实用新型以单向DC-DC电源为平台，通过逻辑切换的方式实现能量双向流动，相比传统的双向DC-DC电源而言，本实用新型在输出侧无需设置高频斩波开关器件，因此极大程度的降低了成本和系统的控制难度，增强了电源工作的可靠性。在电源设备维护、搬移时，为了保证人身安全，电源设备断电后，需要等待电源外部端口电压下降到安全电压以后，方可进行相应的操作，电源设备的输入侧及输出侧都有较大容量的电容，放电时间长，为了缩短维护时间，通常需要在电源设备的输入侧及输出侧增加放电电路，使得端口电压迅速下降到安全电压以下，本实用新型通过关断切换开关，切断了输入侧及输出侧电容与电源设备端口的连接，使得电源端口电压迅速下降，减少了等待时间，且无需增加放电电路，降低了系统控制难度。

通过在外部输出端与单向DC-DC电源输出端之间连接有反堵电路，避免外部输出端对单向DC-DC电源输出端的输出电容进行充电。

综上，以单向DC-DC电源为平台，通过逻辑切换的方式实现能量双向流动的DC-DC电源减少了高频斩波器件的使用，有效的降低了系统成本与控制难度，提高电源的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型的双向DC-DC电源原理的示意图。

图2为本实用新型能量由端口A流向端口B时的原理示意图。

图3为本实用新型能量由端口B流向端口A时的原理示意图。

图4为本实用新型实施例2的原理示意图。

图5为本实用新型实施例3的原理示意图。

图6为本实用新型实施例4的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

实施例1：本实用新型由单向DC-DC电源、切换电路组成，单向DC-DC电源的主控制器MCU通过接收上位机的指令，从而确定能量流动方向，在本实施例中，反堵电路包括并联设置的开关K11和二极管D1，所述软启动电路包括开关K9和开关K10，开关K9串联电阻R1后与开关K10并联；

如图1所示，端口A正极A+和端口B正极B+分别通过开关K1和开关K2连接至软启动电路的一端，软启动电路另一端连接单向DC-DC电源输入端C正极C+；端口A正极A+和端口B正极B+还分别通过开关K5和开关K6连接至反堵电路的一端，反堵电路另一端连接单向DC-DC电源输出端D正极D+；

端口A负极A-和端口B负极B-分别通过开关K3和开关K4连接至单向DC-DC电源的输入端C负极C-；端口A负极A-和端口B负极B-还分别通过开关K7和开关K8连接至单向DC-DC电源的输出端D负极D-。

本实用新型的电路控制方法如下，首先单向DC-DC电源的主控制器MCU接收上位机指令，当指令为能量从A流向B时，如图2所示，开机过程如下：

a1、MCU控制开关K1、K3、K6、K8开通，开关K2、K4、K5、K7关断，此时，端口A+、A-与C+、C-相连，端口B+、B-与D+、D-相连；

a2、MCU控制软起动开关K9开通，端口A通过开关K1、开关K9、电阻R1为输入电容Ci预充电，同时检测输入电容Ci对应的电压采样值V1，当V1电压与端口A电压差小于5V时，软起动结束；

a3、吸合开关K10；

a4、启动单向DC-DC电源，使得输出电容Co对应的电压采样值V2上升；

a5、当输出电压V2上升至与端口B电压差小于5V时，控制开关K11导通，开机过程结束；

当指令为能量从A流向B时，如图2所示，关机过程如下：

b1、第一步，关闭单向DC-DC电源，使得输出电压V2下降；

b2、当单向DC-DC电源输出电流为0A时，控制开关K11关断；

b3、当单向DC-DC电源输入电流低于0.1A时，控制开关K10关断；

b4、延时100ms控制开关K9关断；

b5、MCU控制开关K1、K3、K6、K8关断，关机过程结束。

当指令为能量从B流向A时，如图3所示，开机过程如下：

a1，MCU控制开关K2、K4、K5、K7开通，开关K1、K3、K6、K8关断。此时，端口A+、A-与D+、D-相连，端口B+、B-与C+、C-相连；

a2，MCU控制软起动开关K9开通，输入通过K2、K9、R1为输入电容Ci预充电；同时检测电压V1，V1电压与端口B电压差小于5V时；软起动结束；

a3，吸合开关K10。

a4，启动单向DC-DC电源，使得输出电压V2上升。

a5，当输出电压V2上升至与端口A电压一致时，控制开关K11导通，开机过程结束；

当指令为能量从B流向A时，如图3所示，关机过程如下：

b1，关闭单向DC-DC电源，使得输出电压V2下降。

b2，当单向DC-DC电源输出电流为0A时，控制开关K11关断。

b3，当单向DC-DC电源输入电流低于0.1A时，控制开关K10关断。

b4，延时100ms控制开关K9关断。

b5，MCU控制开关K2、K4、K5、K7关断，关机过程结束。

实施例2，如图4所示，本实施例中，端口A正极A+、端口B正极B+以及单向DC-DC电源输入端C正极C+和输出端D正极D+的之间连接关系与实施例1相同，端口A负极A-、端口B负极B-以及单向DC-DC电源的输入端C负极C-和输出端D负极D-共地连接，此方案针对不隔离的DC-DC变换器。

实施例3，如图5所示，本实施例中设置有两个软启动电路，分别是第一软启动电路和第二软启动电路，第一软启动电路包括开关K9和开关K10，开关K9串联电阻R1后与开关K10并联，所述第二软启动电路包括开关K11和开关K12，开关K11串联电阻R2后与开关K12并联；

端口A正极A+连接第一软启动电路的一端，第一软启动电路的另一端分别通过开关K1和开关K2连接单向DC-DC电源输入端C的正极C+和输出端D的正极D+；

端口B正极B+连接第二软启动电路的一端，第二软启动电路的另一端分别通过开关K5和开关K6连接单向DC-DC电源输入端C的正极C+和输出端D的正极D+；

所述端口A负极A-分别通过开关K3和开关K4连接单向DC-DC电源输入端C的负极C-以及输出端D的负极D-；

所述端口B负极B-分别通过开关K7和开关K8连接单向DC-DC电源输入端C的负极C-以及输出端D的负极D-；本实施例与实施例1的区别在于，实施例1中端口A正极A+和端口B正极B+是通过同一个软启动电路连接到单向DC-DC电源输入端C的正极C+，而本实施例中，端口A正极A+和端口B正极B+各连接有一个软启动电路，这样的结构设计能够减少同一个软启动电路存在的耐用性较差的问题，有效延长了本实用新型的使用寿命。

实施例4，参照图6，本实施例中，端口A正极A+、端口B正极B+以及单向DC-DC电源输入端C正极C+和输出端D正极D+的之间连接关系与实施例3相同，端口A负极A-、端口B负极B-以及单向DC-DC电源的输入端C负极C-和输出端D负极D-共地连接，此方案针对不隔离的DC-DC变换器。