一种双向转换控制系统的制作方法

本实用新型涉及一种双向转换控制系统。

背景技术：

在我国“十三五”规划中，节能环保，节约能源，发展可利用循环再生能源，成为各级政府和企业进行升级转型的硬性指标。利用好循环再生能源是我们每个人的责任，所以循环再生能源技术将大量有力的发展起来。

负载老化设备的用电成本是制造企业的承重负担，并且其对电网端资源损耗很大，我国制造业负载老化设备多数都由电能转换成热能浪费掉，由于老化产品多是直流输出，损耗的电能没有再次转换成再生电能，把它循环利用起来。

以上不足，有待改进。

技术实现要素：

为了克服现有的技术的不足, 本实用新型提供一种双向转换控制系统。

本实用新型技术方案如下所述：

一种双向转换控制系统，包括用户端、电网端及双向转换控制装置，所述用户端连接所述双向转换控制装置的一端，所述双向转换控制装置的另一端连接所述电网端；

所述双向转换控制装置包括无桥PFC电路、信号采集电路、信号调理电路、保护电路、数字控制器、CPU存储器、数字信号隔离电路、反馈驱动电路、反馈保护电路、隔离功率变压器T1、推挽驱动电路及A/D模数转换隔离反馈保护电路，所述电网端与所述无桥PFC电路、所述信号采样电路均连接，所述无桥PFC电路与所述信号采样电路连接，所述信号采样电路与所述信号调理电路连接，所述信号调理电路与所述保护电路、所述数字控制器均连接，所述保护电路与所述数字控制器连接，所述数字控制器与所述CPU存储器、所述数字信号隔离电路均双向连接，所述数字信号隔离电路与所述反馈驱动电路、所述推挽驱动电路均连接，所述反馈驱动电路与所述反馈保护电路连接，所述反馈保护电路与所述数字信号隔离电路连接，所述反馈驱动电路与所述隔离功率变压器T1的一端连接，所述隔离功率变压器T1的另一端与所述推挽驱动电路连接，所述推挽驱动电路与所述A/D模数转换隔离反馈保护电路连接，所述A/D模数转换隔离反馈保护电路与所述数字信号隔离电路连接，所述推挽驱动电路与所述用户端连接。

进一步地，所述无桥PFC电路中，

第一信号输入端DRV_B1连接第一电阻R203的一端，所述第一电阻R203的另一端连接第一场效应管Q15的栅极；

第二信号输入端DRV_B2连接第二电阻R268的一端，所述第二电阻R268的另一端连接第二场效应管Q1的栅极；

第三信号输入端DRV_B3连接第三电阻R273的一端，所述第三电阻R273的另一端连接第三场效应管Q28的栅极；

第四信号输入端DRV_B4连接第四电阻R271的一端，所述第四电阻R271的另一端连接第四场效应管Q29的栅极；

所述第一场效应管Q15的源极和所述第二场效应管Q1的漏极均连接第一电感L3的一端，所述第一电感L3的另一端连接火线，所述第三场效应管Q28的源极和所述第四场效应管Q29的漏极均连接第二电感L2的一端，所述第二电感L2的另一端连接零线；

所述第一场效应管Q15的漏极与第三场效应管Q28的漏极、第一电容C1的一端、第二电容C2的一端、第三电容C21的一端均连接，所述第二场效应管Q1的源极、所述第四场效应管Q29的源极、所述第一电容C1的另一端、所述第二电容C2的另一端、所述第三电容C21的另一端均接地。

进一步地，所述反馈驱动电路中，

第五信号输入端DRV_A1连接第五电阻R147的一端，所述第五电阻R147的另一端与第六电阻R22的一端、第五场效应管Q16的栅极均连接；

第六信号输入端DRV_A2连接第七电阻R151的一端，所述第七电阻R151的另一端与第八电阻R21的一端、第六场效应管Q17的栅极均连接；

第七信号输入端DRV_A3与第九电阻R164的一端、第十电阻R341的一端均连接，所述第九电阻R164的另一端连接第七场效应管Q39的栅极；

第八信号输入端DRV_A4与第十一电阻R154的一端、第十二电阻R142的一端均连接，所述第十一电阻R154的另一端连接第八场效应管Q21的栅极；

所述第五场效应管Q16的漏极、所述第七场效应管Q39的漏极均连接电源；

所述第五场效应管Q16的源极、所述第六电阻R22的另一端、所述第六场效应管Q17的漏极均连接隔离功率变压器T1的初级线圈的一端，

所述隔离功率变压器T1的初级线圈的另一端连接第四电容C22的一端，所述第四电容C22的另一端与所述第七场效应管Q39的源极、第十电阻R341的另一端、第八场效应管Q21的漏极均连接；

所述第六场效应管Q17的源极、所述第八电阻R21的另一端、所述第八场效应管Q21的源极、所述第十二电阻R142的另一端均接地。

进一步地，所述推挽驱动电路中，

第九信号输入端DRV_C1连接第十三电阻R63的一端，所述第十三电阻R63的另一端与第十四电阻R66的一端、第九场效应管Q2的栅极、第十场效应管Q8的栅极、第十一场效应管Q9的栅极、第十二场效应管Q14的栅极均连接，所述第九场效应管Q2的漏极、所述第十场效应管Q8的漏极、所述第十一场效应管Q9的漏极、所述第十二场效应管Q14的漏极均与所述隔离功率变压器T1的第一次级线圈的一端连接；

第十信号输入端DRV_D1连接第十五电阻R65的一端，所述第十五电阻R65的另一端与第十六电阻R67的一端、第十三场效应管Q10的栅极、第十四场效应管Q11的栅极、第十五场效应管Q12的栅极、第十六场效应管Q5的栅极均连接，所述第十三场效应管Q10的漏极、所述第十四场效应管Q11的漏极、所述第十五场效应管Q12的漏极、所述第十六场效应管Q5的漏极均与所述隔离功率变压器T1的第二次级线圈的一端连接；

所述隔离功率变压器T1的第一次级线圈的另一端、所述隔离功率变压器T1的第二次级线圈的另一端均与第三电感L4的一端连接，所述第三电感L4的另一端连接输出正端；

所述第十四电阻R66的另一端、所述第九场效应管Q2的源极、所述第十场效应管Q8的源极、所述第十一场效应管Q9的源极、所述第十二场效应管Q14的源极、所述第十六电阻R67的另一端、所述第十三场效应管Q10的源极、所述第十四场效应管Q11的源极、所述第十五场效应管Q12的源极、所述第十六场效应管Q5的源极均接地。

进一步地，所述用户端为AC-DC装置。

进一步地，所述用户端为DC-DC装置。

进一步地，所述用户端为电池。

进一步地，多个所述双向转换控制装置之间通过并机并网连接。

根据上述方案的本实用新型，其有益效果在于：本实用新型包括的数字控制器、CPU存储器安全可靠，反馈保护电路前端反馈信息提供给数字控制器实时处理，使得反馈驱动电路和推挽驱动电路实现精准节能的双向驱动控制，结合无桥PFC电路、反馈驱动电路和推挽驱动电路以达到全数字信号控制，实现双方向高效率、高功率因数、低谐波电流，正反向自主判断，快速切换，完善的故障保护功能，有效地数字通信，远程控制功能；本实用新型为电网端和用户端提供高效安全稳定的运行环境，并且实现了节能环保、节约能源，适用范围广。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的结构原理示意图；

图2为本实用新型的硬件结构示意图；

图3为本实用新型中的无桥PFC电路的结构示意图；

图4为本实用新型中的反馈驱动电路的结构示意图；

图5为本实用新型中的推挽驱动电路的结构示意图；

图6为本实用新型的应用实施例结构示意图；

图7为本实用新型的结构示意图。

其中，图中各附图标记：

1-CPU存储器；2-数字控制器；3-场效应管。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

请参阅图1至图7，一种双向转换控制系统，包括用户端、电网端及双向转换控制装置，用户端连接双向转换控制装置的一端，双向转换控制装置的另一端连接电网端；

双向转换控制装置包括无桥PFC电路、信号采集电路、信号调理电路、保护电路、数字控制器2、CPU存储器1、数字信号隔离电路、反馈驱动电路、反馈保护电路、隔离功率变压器T1、推挽驱动电路及A/D模数转换隔离反馈保护电路，电网端与无桥PFC电路、信号采样电路均连接，无桥PFC电路与信号采样电路连接，信号采样电路与信号调理电路连接，信号调理电路与保护电路、数字控制器2均连接，保护电路与数字控制器2连接，数字控制器2与CPU存储器1、数字信号隔离电路均双向连接，数字信号隔离电路与反馈驱动电路、推挽驱动电路均连接，反馈驱动电路与反馈保护电路连接，反馈保护电路与数字信号隔离电路连接，反馈驱动电路与隔离功率变压器T1的一端连接，隔离功率变压器T1的另一端与推挽驱动电路连接，推挽驱动电路与A/D模数转换隔离反馈保护电路连接，A/D模数转换隔离反馈保护电路与数字信号隔离电路连接，推挽驱动电路与用户端连接。

本实施例提供的双向转换控制系统的工作原理如下：

当双向转换控制系统正向工作时，双向转换控制装置的AC端为输入端，电网端连接AC端，DC端为输出端，用户端连接DC端，在电网端和用户端之间连接双向转换控制装置，双向转换控制装置包括的无桥PFC电路进行功率因数校正，再由反馈驱动电路实现全桥驱动，并经过隔离功率变压器T1的耦合，推挽驱动电路实现同步整流，即为AC/DC正向的工作原理，从而实现将电网端的电能供给给用户端使用；

当双向转换控制系统逆向工作时，双向转换控制装置的DC端为输入端,用户端连接DC端，AC端为输出端，电网端连接AC端，在电网端和用户端之间连接双向转换控制装置，推挽驱动电路通过隔离功率变压器T1的耦合，使得反馈驱动电路实现同步整流，并通过无桥PFC电路实现逆变校正正弦波，即为DC/AC逆向工作原理，从而实现将用户端的能量回馈给电网端；

信号采样电路、信号调理电路、保护电路及时反馈信息给数字控制器2进行实时处理，经过实时处理的信息会及时提供给数字信号隔离电路，并通过数字信号隔离电路发送给反馈驱动电路，且反馈保护电路及时跟踪驱动信息并通过数字信号隔离电路反馈回数字控制器2；推挽驱动电路通过数字控制器2输出到数字信号隔离电路来控制；A/D模数转换隔离反馈保护电路用来实现实时跟踪，并反馈给数字信号隔离电路，以便让数字控制器2取得实时信息处理后，发送可靠驱动信号。无桥PFC电路、信号采集电路、信号调理电路、保护电路、数字控制器2、CPU存储器1、数字信号隔离电路、反馈驱动电路、反馈保护电路、隔离功率变压器、推挽驱动电路及A/D模数转换隔离反馈保护电路的相互协同处理来及时反馈信息，从而使得双向转换控制装置实现了安全可靠、精准节能的双向驱动控制。

本实施例提供的双向转换控制系统的有益效果为：本实用新型包括的数字控制器2、CPU存储器1安全可靠，反馈保护电路前端反馈信息提供给数字控制器2实时处理，使得反馈驱动电路和推挽驱动电路实现精准节能的双向驱动控制，结合无桥PFC电路、反馈驱动电路和推挽驱动电路以达到全数字信号控制，实现双方向高效率、高功率因数、低谐波电流，正反向自主判断，快速切换，完善的故障保护功能，有效地数字通信，远程控制功能；本实用新型为电网端和用户端提供高效安全稳定的运行环境，并且实现了节能环保、节约能源，适用范围广。

请参阅图3、图7，优选地，无桥PFC电路中，

第一信号输入端DRV_B1连接第一电阻R203的一端，第一电阻R203的另一端连接第一场效应管Q15的栅极；

第二信号输入端DRV_B2连接第二电阻R268的一端，第二电阻R268的另一端连接第二场效应管Q1的栅极；

第三信号输入端DRV_B3连接第三电阻R273的一端，第三电阻R273的另一端连接第三场效应管Q28的栅极；

第四信号输入端DRV_B4连接第四电阻R271的一端，第四电阻R271的另一端连接第四场效应管Q29的栅极；

第一场效应管Q15的源极和第二场效应管Q1的漏极均连接第一电感L3的一端，第一电感L3的另一端连接火线，第三场效应管Q28的源极和第四场效应管Q29的漏极均连接第二电感L2的一端，第二电感L2的另一端连接零线；

第一场效应管Q15的漏极与第三场效应管Q28的漏极、第一电容C1的一端、第二电容C2的一端、第三电容C21的一端均连接，第二场效应管Q1的源极、第四场效应管Q29的源极、第一电容C1的另一端、第二电容C2的另一端、第三电容C21的另一端均接地。

请参阅图4、图7，优选地，反馈驱动电路中，

第五信号输入端DRV_A1连接第五电阻R147的一端，第五电阻R147的另一端与第六电阻R22的一端、第五场效应管Q16的栅极均连接；

第六信号输入端DRV_A2连接第七电阻R151的一端，第七电阻R151的另一端与第八电阻R21的一端、第六场效应管Q17的栅极均连接；

第七信号输入端DRV_A3与第九电阻R164的一端、第十电阻R341的一端均连接，第九电阻R164的另一端连接第七场效应管Q39的栅极；

第八信号输入端DRV_A4与第十一电阻R154的一端、第十二电阻R142的一端均连接，第十一电阻R154的另一端连接第八场效应管Q21的栅极；

第五场效应管Q16的漏极、第七场效应管Q39的漏极均连接电源；

第五场效应管Q16的源极、第六电阻R22的另一端、第六场效应管Q17的漏极均连接隔离功率变压器T1的初级线圈的一端，

隔离功率变压器T1的初级线圈的另一端连接第四电容C22的一端，第四电容C22的另一端与第七场效应管Q39的源极、第十电阻R341的另一端、第八场效应管Q21的漏极均连接；

第六场效应管Q17的源极、第八电阻R21的另一端、第八场效应管Q21的源极、第十二电阻R142的另一端均接地。

请参阅图5、图7，优选地，推挽驱动电路中，

第九信号输入端DRV_C1连接第十三电阻R63的一端，第十三电阻R63的另一端与第十四电阻R66的一端、第九场效应管Q2的栅极、第十场效应管Q8的栅极、第十一场效应管Q9的栅极、第十二场效应管Q14的栅极均连接，第九场效应管Q2的漏极、第十场效应管Q8的漏极、第十一场效应管Q9的漏极、第十二场效应管Q14的漏极均与隔离功率变压器T1的第一次级线圈的一端连接；

第十信号输入端DRV_D1连接第十五电阻R65的一端，第十五电阻R65的另一端与第十六电阻R67的一端、第十三场效应管Q10的栅极、第十四场效应管Q11的栅极、第十五场效应管Q12的栅极、第十六场效应管Q5的栅极均连接，第十三场效应管Q10的漏极、第十四场效应管Q11的漏极、第十五场效应管Q12的漏极、第十六场效应管Q5的漏极均与隔离功率变压器T1的第二次级线圈的一端连接；

隔离功率变压器T1的第一次级线圈的另一端、隔离功率变压器T1的第二次级线圈的另一端均与第三电感L4的一端连接，第三电感L4的另一端连接输出正端；

第十四电阻R66的另一端、第九场效应管Q2的源极、第十场效应管Q8的源极、第十一场效应管Q9的源极、第十二场效应管Q14的源极、第十六电阻R67的另一端、第十三场效应管Q10的源极、第十四场效应管Q11的源极、第十五场效应管Q12的源极、第十六场效应管Q5的源极均接地。

这样设置的工作原理为：当双向转换控制系统正向工作时，双向转换控制装置的AC端为输入端，电网端连接AC端，DC端为输出端，用户端连接DC端，在电网端和用户端之间连接双向转换控制装置，双向转换控制装置包括的无桥PFC电路中，使用的四个场效应管3，四个场效应管分为两对，每对包括两个场效应管，第一场效应管Q15和第二场效应管Q1经过第一电感L3进行功率因数校正，第三场效应管Q28和第四场效应管Q29经过第二电感L2进行功率因数校正，反馈驱动电路驱动四个场效应管3，四个场效应管3分为两对，每对包括两个场效应管3，反馈驱动电路和推挽驱动电路经过隔离功率变压器T1耦合，推挽驱动电路中包括八个场效应管3，八个场效应管3分为两对，每对包括四个场效应管3，实现场效应管的同步整流，即为AC/DC正向的工作原理，从而实现将电网端的电能供给给用户端使用；

当双向转换控制系统逆向工作时，双向转换控制装置的DC端为输入端,用户端连接DC端，AC端为输出端，电网端连接AC端，在电网端和用户端之间连接双向转换控制装置，双向转换控制装置包括的推挽驱动电路驱动八个场效应管3，八个场效应管3分为两对，每对包括四个场效应管3，推挽驱动电路和反馈驱动电路经过隔离功率变压器T1耦合，反馈驱动电路包括的四个场效应管3实现同步整流，四个场效应管3分为两对，每对包括两个场效应管3；无桥PFC电路包括的四个场效应管3实现逆变校正正弦波，即为DC/AC逆向工作原理，从而实现将用户端的能量回馈给电网端。

请参阅图6，优选地，用户端为AC-DC装置。电网端给用户AC-DC装置供电，用户AC-DC装置通过双向转换控制装置作为负载进行老化试验，此时通过双向转换控制装置把产生的负载电能转化成回馈给电网端的电能量，输送给市网市电侧，供用户端循环使用，极大地低用户用电成本和市网负荷。

请参阅图6，优选地，用户端为DC-DC装置。双向转换控制装置可以给用户DC-DC装置进行供电或试验用。

请参阅图6，优选地，用户端为电池。双向转换控制装置可以给耗电能大的电池供应商作为回馈式负载，通过双向转换控制装置对电池的充放电实现能量双向传送。

请参阅图6，优选地，多个双向转换控制装置之间通过并机并网连接。双向转换控制系统包括的多个双向转换控制装置通过并机并网连接，可以实现多机并联使用，逆向工作时并机并网使用同步信号反馈检测，追踪综合同步信号可以保证与电网市电同步相位安全可靠的并网；正向工作时可以实现安全可靠的同步均流工作，双向转换控制系统内部的并机并网功能可以满足给各企业所需的功率要求。

在一个实施例中，将双向转换控制装置使用在电池厂家的老化柜上（用户端），首先电网端给双向转换控制装置供电，双向转换控制系统工作在正向（AC/DC）给老化柜的电池进行充电老化，当双向转换控制系统通过检测电池的电流电压，确定老化电池充电完成后，自行切换工作在逆向（DC/AC），并且实现输电给电网端，至于并机并网，可视用户端所需功率需求决定。

优选地，双向转换控制装置内的各元器件呈竖向排列，使得各元器件之间形成散热通道，这样设置使得双向转换控制装置的散热效果更好，从而延长双向转换控制装置的使用寿命。

优选地，双向转换控制系统实现一机多用，并机并网提升功率使用，为此CPU存储器1采用美国阿尔特拉（ALTERA）MAXII，新一代PLD器件型号EPM240T100C5 CPLD闪存复杂可编程IC，该芯片有可编程逻辑宏单元(MC，Macro Cell)围绕中心的可编程互连矩阵单元组成，其中MC结构较复杂，并具有复杂的I/O单元互连结构，可由用户根据需要生成特定的电路结构，完成一定的功能；由于CPLD内部采用固定长度的金属线进行各逻辑块的互连，所以设计的逻辑电路具有时间可预测性，避免了分段式互连结构时序不完全预测的缺点，具有编程灵活、集成度高、设计开发周期短、适用范围宽、开发工具先进、设计制造成本低、标准产品无需测试、保密性强、价格大众化等特点，可实现较大规模的电路设计，通过合理编程，实现全数字信号通信控制，完善的远程控制和准确的信号上报功能，随时快速切换功能，具有安全可靠特性。

为了更好配合使用阿尔特拉MAXII EPM240T100C5 作为信号控制CPU芯片，同时搭配意法半导体的STM32F407VET6 DSP芯片作为数字控制器2，其核心拥有ARM 32位的Cortex-M4 CPU 自适应实时加速器允许0等状态执行从闪存，频率达168MHz；丰富的片内外设，如1M字节闪存，SRAM包括64192+4字节CCM数据内存，定时器，时钟，复位和电源管理，A/D转换器，串行通信接口，编码器等。通过合理编程，实现全数字信号驱动信号控制，同步可靠完成信号传输，实时截取反馈信号，实现高效工作性能。

本实用新型基于双向转换控制系统对用户端可以实现串口参数修改升级，区域模块化电路升级，满足不同电性能需求；对电网端可以实时对并网信号质量状态进行监控，并给出报警信息；双向转换控制系统驱动数字控制器2参数配置软件程序，配置参数包括RS232通信串口参数、数据I/O地址参数、内外部时序参数。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。