一种双向隔离型DC-DC升降压整流电源模块的制作方法

本实用新型涉及变换器技术领域，具体涉及一种双向隔离型dc-dc升降压整流电源模块。

背景技术：

dc/dc变换器技术是将不可调的直流电压转变为可调或固定的直流电压，是一种用开关条件方式高效控制电能变换的技术，改技术目前应用于各种分布式电源系统、太阳能供电、燃料电池、开关电源与直流调速系统中。

目前氢能作为资源丰富、应用广泛，而且在制氢与氢燃料发的的过程均无污染，属于优质的新能源，在氢能的使用过程中，通常使用氢燃料电池来发电，然而氢燃料电池发电时，具有输出伏安特性曲线较差，存在输出电源和功率不稳定的问题，在实际工程应用过程上会带来一定的困难，由于氢燃料电池的输出特性不能直接对负载供电。

因此如何解决上述问题，实现dc/dc变换器对于输出电源和功率不稳定的的直流电源适应和应用，为氢能发电到用电系统的工程应用提出系统的解决方案，具有十分重要的意义。

技术实现要素：

本实用新型目的在于提供一种双向隔离型dc-dc升降压整流电源模块，通过对直流微电网、氢燃料电池发电特性、并网dc/dc模块，储能电池充放电dc/dc模块、用电dc/dc变换模块的研究，提出一种以bsoot与buck组成的双向非隔离变换器和双向隔离型dc/dc变换器共同构建一种混搭型双向隔离dc/dc变换器模块来实现,即可用于氢燃料发电产生的直流电压的dc/dc变换，也可用于用电设备的dc/dc变换还能实现直流微电网的储能系统电池的直流电压调控。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种双向隔离型dc-dc升降压整流电源模块，其特征在于，包括dc电源、dc/dc斩波升降模块、双向隔离dc/dc变换单元模块、滤波电路和负载设备；所述dc电源输入直流电压至所述dc/dc斩波升降模块对直流电压大小进行调控，随后沿所述双向隔离dc/dc变换单元模块隔离整流后流入所述滤波电路处理后得到稳定直流电压流入负载设备为其供电；dc/dc升降压整流电源模块包括boost电路和buck电路；当所述dc电源输入电源低于负载设备电压时，其用于对输入的直流电压进行斩波升压，当所述dc电源输入电源高于负载设备电压时，其用于对输入的直流电压进行斩波降压；所述dc电源与所述负载设备可根据应用调节互换位置。

在本方案中，双向dc/dc斩波升降模块和双向隔离dc/dc变换单元模块实现了对于负载设备进行充电或放电的作用，其中boost电路用于降低dc电源产生过大的直流电压影响负载设备的正常运行，使加载与负载设备两端的电压减低为正常值，buck电路用于提高dc电源产生过低的直流电压，共同作用使负载设备两端电压维持在一个稳定的动态值，双向隔离dc/dc变换单元模块使输入的直流电源升压并经过滤波电路减小脉动的直流电压中的交流成分，得到稳定的直流电压施加于负载设备，且所述dc电源与所述负载设备可根据应用调节互换位置使其具备更广泛的使用性，缩短了行业使用者的设计周期时间。

进一步地，所述dc/dc升降压整流电源模块包括boost电路和buck电路；所述boost电路包括第一电感l1、第一igbt开关管t1和第一二极管d1组成，所述buck电路包括第二电感l2、第二igbt开关管t2和第二二极管d2组成，所述dc/dc斩波升降模块还设有第三电感l3；所述第二igbt开关管t2的集电极分别连接所述第一电感l1一端，所述第二igbt开关管t2的发射极分别连接所述第三电感l3一端和第二二极管d2负极，所述第一电感l1另一端分别连接所述第一igbt开关管t1的集电极和所述第一二极管d1的正极，所述第一二极管d1的负极连接所述第二电感l2一端，所述第一igbt开关管t1的发射极与所述第二二极管d2正极连接；所述dc电源一端连接所述第二igbt开关管t2的集电极和第一电感l1一端；所述dc电源另一端连接所述第一igbt开关管t1发射极和第二二极管d2正极。

在本方案中，通过上述电子元件的连接关系，所述dc电源输出直流电压流入电感l1一段和第二igbt开关管t2的集电极，由第一电感l1、第一igbt开关管t1和第一二极管d1组成的boost电路实现斩波升压，由第二电感l2、第二igbt开关管t2和第二二极管d2组成的buck电路实心斩波降压。

优选地，所述第二电感l2另一端和第三电感l3另一端连接所述电容c3一端，所述电容c3一端另一端还连接所述第一igbt开关管t1发射极和所述第二二极管d2正极，其中所述第三电感l3一端和第二二极管d2负极，第三电感l3另一端连接所述电容c3一端实现了在dc电源输入电压直流不足或停止工作后，电容c3将存储的电流流回所述dc电源中，实现对dc电源的充电。

进一步地，所述双向隔离dc/dc变换单元模块包括h逆变桥、单向整流桥和高频隔离变压器；所述h逆变桥包括第三igbt开关管t3、第四igbt开关管t4、第五igbt开关管t5、第六igbt开关管t6以及四个二极管；所述第三igbt开关管t3的集电极分别连接有电容c3一端、所述第二电感l2另一端、第三电感l3另一端和第五igbt开关管t5的集电极，所述第三igbt开关管t3的发射极连接所述第四igbt开关管t4的集电极，所述第五igbt开关管t5的发射极连接所述第六igbt开关管t6的集电极，所述第四igbt开关管t4的发射极分别连接所述第六igbt开关管t6的发射极、电容c3另一端；所述第三igbt开关管t3至第六igbt开关管t6均反并联一个二极管；所述单向整流桥包括第七igbt开关管t7、第八igbt开关管t8、第九igbt开关管t9、第十igbt开关管t10以及四个二极管；所述第七igbt开关管t7的集电极连接所述第九igbt开关管t9的集电极，所述第七igbt开关管t7的发射极连接所述第八igbt开关管t8，所述第九igbt开关管t9的发射极连接所述第十igbt开关管t10的集电极，所述第八igbt开关管t8的发射极连接所述第十igbt开关管t10的发射极；所述第七igbt开关管t7至第十igbt开关管t10均反并联一个二极管；所述高频隔离变压器包括一次侧绕组与二次侧绕组，所述一次侧绕组的一端与所述第三igbt开关管t3的发射极连接，所述一次侧绕组异名端与所述第五igbt开关管t5的发射极连接，所述二次侧绕组同名端与所述第七igbt开关管t7的发射极连接，所述二次侧绕组异名端与所述第九igbt开关管t9的发射极连接；所述第二电感l2另一端和第三电感l3另一端连接所述电容c3一端，所述电容c3一端另一端还连接所述第一igbt开关管t1发射极和所述第二二极管d2正极。

在本方案中，由上述第三igbt开关管t3、第四igbt开关管t4、第五igbt开关管t5、第六igbt开关管t6以及与其逐一反并联一个二极管构成h桥pwm逆变单元将直流电源逆变为pwm高频交流方波脉冲，经过上述高频隔离整流变压器升压，并由第七igbt开关管t7、第八igbt开关管t8、第九igbt开关管t9、第十igbt开关管t10以及与其逐一反并联一个二极管组成的单相桥式高频整流变换将交流电压转换为直流电压。

优选地，所述滤波电路包括滤波电感l4和滤波电容c4，所述滤波电感l4一端分别与所述第七igbt开关管t7集电极与第九igbt开关管t9的极电极连接，另一端与滤波电容c4一端连接，所述滤波电容c4另一端分别与所述第八igbt开关管t8的发射极和第十igbt开关管t10的发射极连接。

在本方案中，滤波电感l4将转换的直流电压滤除不需要的特定波段的频率信号，起到防止干扰，且输出电流与并联的负载频率相同。

优选的，所述负载设备与所述滤波电容并联，其用于滤除交流成分，使输出的直流电压更平滑。

可选的，所述dc电源包括直流微电网、氢燃料机组、制氢设备、储能装置。

可选的，所述负载设备包括动力锂电池、制氢电解槽和直流微电网。

在上述方案中，将dc电源与负载设备的多种可选择性，使本模块即可用于系统氢能发电dc/dc功率变换用途，还能于负载配电系统的双向dc/dc隔离变换的作用，其具备较高的实用性和推广价值。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本实用新型一种双向隔离型dc-dc升降压整流电源模块，通过双向隔离dc/dc变换单元模块内的h桥pwm逆变单元将直流电源逆变为pwm高频交流方波脉冲，且模块内单相桥式高频整流变换将交流电压转换为直流电压，该电源模块既具有双向dc/dc功率变换的作用，同时还具输入/输出电气隔离的特点；

2、本实用新型一种双向隔离型dc-dc升降压整流电源模块，同时dc/dc斩波升降模块的设计，通过以bsoot与buck组成可用于系统储能电池充放电使用，且具有能量回馈的功能特性；

3、本实用新型一种双向隔离型dc-dc升降压整流电源模块，且将dc电源与负载设备的多种可选择性，使本模块即可用于系统氢能发电dc/dc功率变换用途，还能于负载配电系统的双向dc/dc隔离变换的作用，其具备较高的实用性和推广价值。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例中整体模块结构示意图；

图2为本实用新型实施例中dc/dc斩波升降模块示意图；

图3为本实用新型实施例中滤波电路模块示意图；

图4为本实用新型实施例中35kw/dc750双向隔离型dc/dc升降压整流电源模块单元工作原理图；

图5为本实用新型实施例中储能电池充放电用dc/dc电源模块工作原理图；

图6为本实用新型实施例中电解制氢用电dc/dc电源模块工作原理图；

图7为本实用新型实施例中电动汽车锂电池用充电dc/dc电源模块工作原理图；

图8为本实用新型实施例中逆变器负载用dc/dc电源模块工作原理图；

图9为本实用新型实施例中氢能利用的双向dc/dc隔离整流功率模块工作原理图；

图10为本实用新型实施例中氢燃料电池发电dc/dc电源模块工作原理图；

图11为本实用新型实施例中电解制氢用电dc/dc电源模块工作原理图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

在以下描述中，为了提供对本实用新型的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本实用新型。在其他实例中，为了避免混淆本实用新型，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本实用新型至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

实施例

如图1所示，本实用新型一种双向隔离型dc-dc升降压整流电源模块，包括dc电源、dc/dc斩波升降模块、双向隔离dc/dc变换单元模块、滤波电路和负载设备。所述dc电源输入直流电压至所述dc/dc斩波升降模块对直流电压大小进行调控，双向dc/dc斩波升降模块和双向隔离dc/dc变换单元模块实现了对于负载设备进行充电或放电的作用，随后沿所述双向隔离dc/dc变换单元模块隔离整流后流入所述滤波电路处理后得到稳定直流电压流入负载设备为其供电，双向隔离dc/dc变换单元模块使输入的直流电源升压并经过滤波电路减小脉动的直流电压中的交流成分，得到稳定的直流电压施加于负载设备。所述dc/dc升降压整流电源模块包括boost电路和buck电路，当所述dc电源输入电源低于负载设备电压时，其用于对输入的直流电压进行斩波升压，当所述dc电源输入电源高于负载设备电压时，其用于对输入的直流电压进行斩波降压。其中boost电路用于降低dc电源产生过大的直流电压影响负载设备的正常运行，使加载与负载设备两端的电压减低为正常值，buck电路用于提高dc电源产生过低的直流电压，共同作用使负载设备两端电压维持在一个稳定的动态值，所述dc电源与所述负载设备可根据应用调节互换位置，且所述dc电源与所述负载设备可根据应用调节互换位置使其具备更广泛的使用性，缩短了行业使用者的设计周期时间。

作为上述实施例的优选，如图2所示，所述dc/dc升降压整流电源模块包括boost电路和buck电路；所述boost电路包括第一电感l1、第一igbt开关管t1和第一二极管d1组成，所述buck电路包括第二电感l2、第二igbt开关管t2和第二二极管d2组成，所述dc/dc斩波升降模块还设有第三电感l3；所述第二igbt开关管t2的集电极分别连接所述第一电感l1一端，所述第二igbt开关管t2的发射极分别连接所述第三电感l3一端和第二二极管d2负极，所述第一电感l1另一端分别连接所述第一igbt开关管t1的集电极和所述第一二极管d1的正极，所述第一二极管d1的负极连接所述第二电感l2一端，所述第一igbt开关管t1的发射极与所述第二二极管d2正极连接；所述dc电源一端连接所述第二igbt开关管t2的集电极和第一电感l1一端；所述dc电源另一端连接所述第一igbt开关管t1发射极和第二二极管d2正极。

作为上述实施例的优先如图4所示，所述第二电感l2另一端和第三电感l3另一端连接所述电容c3一端，所述电容c3一端另一端还连接所述第一igbt开关管t1发射极和所述第二二极管d2正极，其中所述第三电感l3一端和第二二极管d2负极，第三电感l3另一端连接所述电容c3一端实现了在dc电源输入电压直流不足或停止工作后，电容c3将存储的电流流回所述dc电源中，实现对dc电源的充电。

作为上述实施例的优选，如图4所示，所述双向隔离dc/dc变换单元模块包括h逆变桥、单向整流桥和高频隔离变压器；所述h逆变桥包括第三igbt开关管t3、第四igbt开关管t4、第五igbt开关管t5、第六igbt开关管t6以及四个二极管，构成h桥pwm逆变单元将直流电源逆变为pwm高频交流方波脉冲；所述第三igbt开关管t3的集电极分别连接有电容c3一端、所述第二电感l2另一端、第三电感l3另一端和第五igbt开关管t5的集电极，所述第三igbt开关管t3的发射极连接所述第四igbt开关管t4的集电极，所述第五igbt开关管t5的发射极连接所述第六igbt开关管t6的集电极，所述第四igbt开关管t4的发射极分别连接所述第六igbt开关管t6的发射极、电容c3另一端；所述第三igbt开关管t3至第六igbt开关管t6均反并联一个二极管；所述单向整流桥包括第七igbt开关管t7、第八igbt开关管t8、第九igbt开关管t9、第十igbt开关管t10以及四个二极管，组成的单相桥式高频整流变换将交流电压转换为直流电压；所述第七igbt开关管t7的集电极连接所述第九igbt开关管t9的集电极，所述第七igbt开关管t7的发射极连接所述第八igbt开关管t8，所述第九igbt开关管t9的发射极连接所述第十igbt开关管t10的集电极，所述第八igbt开关管t8的发射极连接所述第十igbt开关管t10的发射极；所述第七igbt开关管t7至第十igbt开关管t10均反并联一个二极管；所述高频隔离变压器包括一次侧绕组与二次侧绕组，所述一次侧绕组的一端与所述第三igbt开关管t3的发射极连接，所述一次侧绕组异名端与所述第五igbt开关管t5的发射极连接，所述二次侧绕组同名端与所述第七igbt开关管t7的发射极连接，所述二次侧绕组异名端与所述第九igbt开关管t9的发射极连接；所述第二电感l2另一端和第三电感l3另一端连接所述电容c3一端，所述电容c3一端另一端还连接所述第一igbt开关管t1发射极和所述第二二极管d2正极。

作为上述实施例的优选，如图3与图4所示，所述滤波电路包括滤波电感l4和滤波电容c4，所述滤波电感l4一端分别与所述第七igbt开关管t7集电极与第九igbt开关管t9的极电极连接，另一端与滤波电容c4一端连接，所述滤波电容c4另一端分别与所述第八igbt开关管t8的发射极和第十igbt开关管t10的发射极连接，滤波电感l4将转换的直流电压滤除不需要的特定波段的频率信号，起到防止干扰的作用。

此外，如图4所示，所示负载设备与所述滤波电容并联，其用于滤除交流成分，使输出的直流电压更平滑。

且将dc电源与负载设备的多种可选择性，使本模块即可用于系统氢能发电dc/dc功率变换用途，还能于负载配电系统的双向dc/dc隔离变换的作用，其具备较高的实用性和推广价值。

需要说明的是，本申请中一种35kw/dc750双向隔离型dc-dc升降压整流电源模块单元工作原理，详见图4；

氢燃料电池发电机组通过各自的dc/dc变换装置转换输出为dc750v直流电，主要有两级dc/dc变换模块组成。由于氢能发电机组输出电压范围较宽(100v——400v)，所以前级dc/dc变换单元由boost和buck斩波升降压电路组成，后级dc/dc变换为单相h桥组成pwm逆变进行高频逆变，并经高频隔离变压器隔离升压，再经单相二极管整流桥整流，并经滤波得到dc750v直流电压，当氢能发电机组输出电压低于dc375v时，主要由l1、t1、d1组成的boost电路进行斩波升压到dc375v，当氢能发电机组输出电压高于dc375v时，主要由t2、d2、l2组成的buck电路进行斩波降压到dc375v，前级pwm斩波升降压整流单元斩波输出dc375v，为后级dc/dc隔离整流单元提供直流母线电压源。后级dc/dc隔离整流单元主要由t3、t4、t5、t6组成的h桥pwm逆变单元将dc375v的直流电源逆变成16.5khz的pwm高频交流方波脉冲，经高频隔离整流变压器隔离升压，并经t7、t8、t9、t10单相桥式高频整流变换，lc滤波后得到稳定的直流母线电压，并入dc750v直流网，向负载提供dc750v直流电压源。

本申请中还提供了一种储能电池充放电用dc-dc电源模块工作原理图，详见图5；

由于储能电池组输出电压范围较宽(500v——850v)，所以前级dc/dc变换单元由boost斩波升压电路组成，后级dc/dc变换为单相h桥组成pwm逆变进行高频逆变，并经高频隔离变压器隔离变压，再经单相二极管整流桥整流，并经lc滤波得到dc750v直流电压。前级pwm斩波升降压整流单元，当直流母线电压低于-10％时(dc675v)时，由储能电池组通过双向dc/dc隔离模块向直流母线馈电，使其直流母线电压保持稳定；当直流母线电压高于+10％时(dc825v)时，直流母线通过dc/dc双向隔离模块向储能电池组充电。使其直流母线电压保持稳定。

本申请中还提供了一种电解制氢用电dc-dc电源模块工作原理图，详见图6；

电解制氢用dc/dc模块主电路电气工作原理主要由两级dc/dc变换模块组成。由于直流微电网直流母线输出电压范围较宽(675v——825v)，所以前级dc/dc变换单元由buck斩波降压斩波电路组成，后级dc/dc变换为单相h桥组成pwm逆变进行高频逆变，并经高频隔离变压器隔离变压，再经单相二极管整流桥整流，并经lc滤波输出得到dc500v的电解槽所需要的直流电压。

本申请中还提供了一种电动汽车锂电池用充电dc-dc电源模块工作原理图，详见图7；

由于直流微电网直流母线输出电压范围较宽(675v——825v)，所以前级dc/dc变换单元由buck与boost斩波升降压斩波电路组成，后级dc/dc变换为单相h桥组成pwm逆变进行高频逆变，并经高频隔离变压器隔离变压，再经单相二极管整流桥整流，并经lc滤波输出得到dc750v的电动汽车充电所需要的直流电压。

本申请中还提供了一种逆变器负载用dc-dc电源模块工作原理图，详见图8；

变频逆变器用dc/dc模块主电路电气工作原理主要由两级dc/dc变换模块组成。由于直流微电网直流母线输出电压范围较宽(675v——825v)，所以前级dc/dc变换单元由buck与boost斩波升降压斩波电路组成，后级dc/dc变换为单相h桥组成pwm逆变进行高频逆变，并经高频隔离变压器隔离变压，再经单相二极管整流桥整流，并经lc滤波输出得到dc750v的电动汽车充电所需要的直流电压。

综上所述，所描述的基于dc750v直流母线的氢能利用的dc/dc隔离变换模块均采用了相同的技术原理方案，因此无论是氢燃料电池发电并网的dc/dc转换，或是带负载应用的dc/dc隔离变换模块，其主电路均可统一，功率等级可统一，控制方式可统一，输入/输出接口可统一。使其基于氢能利用的dc/dc变换模块标准化，同一模块具有多种工业应用场景，有利于产品设计选型，有利于制定氢能利用的国家标准，推动氢能利用新能源行业快速发展。

此外，本申请中还提供了一种氢能利用的双向dc-dc隔离整流功率模块工作原理图，详见图9；

由于该模块具有双向调节功能，又具有变压器电气隔离，因此即可用于氢能发电dc/dc隔离变换，又可用于负载dc/dc隔离整流功率变换，适合用工业应用场景设计选型。

本申请中还提供了一种氢燃料电池发电dc-dc电源模块工作原理图，详见图10；

本申请中还提供了一种电解制氢用电dc-dc电源模块工作原理图，详见图11；

其主电路均可统一，功率等级可统一，控制方式可统一，输入/输出接口可统一，由于不在对此一一赘述。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。