一种双向交直流变换器装置的制作方法

1.本实用新型涉及交直流变换器领域，具体的说是一种双向交直流变换器装置。


背景技术：

2.随着新能源的日益普及以及新能源车的推广使用，多种能源常常在经过电力电子变换之后形成共直流母线的应用，同样，高压直流母线也要求进行dc-dc变换转换为低压来使用或者进行dc-ac逆变成交流为交流设备供电，因此兼容交流和直流应用，同时具备双向功能的电力电子装置有一定的市场需求。
3.另外，新能源的应用，不仅仅是电动汽车领域和电网，还有家庭储能、户外电源领域，因此高效率、高功率密度、低成本会是电力电子领域的热点。
4.传统的直流和交流应用，是由独立的dc-dc变换器和ac-dc变换器组成，体积会比较大，成本也相对高。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的问题，本实用新型提供了一种双向交直流变换器装置。
6.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种双向交直流变换器装置，包括变换器本体，所述变换器本体由功率管桥臂、继电器切换开关、电感电容和控制器组成，所述变换器本体一端为交直流共用接口ac_l/dc+、ac_n/dc-，所述变换器本体的另外一端为直流母线接口bus+、bus-，所述变换器本体包含有s1、s2、s3、s4、s5、s6继电器开关或者等同的接触器开关，其中s2、s3为一组转换型继电器开关，s2的nc触点连接到 s3的no触点；
7.所述变换器本体包含q1、d1、q2、d2组成的桥臂a，q3、d3、q4、d4组成的桥臂b 及q5、d5、q6、d6组成的桥臂c，所述桥臂a、b、c的上端都连接到bus+接口，所述桥臂a、b、c的下端都连接到bus-接口，其中，桥臂a的下端、桥臂b的下端通过一组转换继电器s2连接，s2的com触点连接在ac_n/dc-端口，s2的no触点接到桥臂a的中点， s2的nc触点连接到一组转换型继电器s3的no触点，s3的nc触点连接在桥臂a的下端，s3的com触点连接在桥臂b的下端即bus-网络；
8.所述开关s1连接在ac_l/dc+端口和电感l1和电容c1的公共点，所述开关s4连接在 ac_l/dc+端口和电感l2和电容c3的公共点，所述开关s5连接在ac_n/dc-端口和桥臂c 和电容c3的公共点即母线bus-网络，所述开关s6一端连接在电容c3，另外一端连接在 s4、l2的公共连接点上；
9.所述控制器由数据采集模块、继电器开关驱动模块、功率管驱动模块、辅助电源和通讯线组成。
10.所述桥臂a的中点连接到c1的一端和s2的no触点所构成的公共点，所述桥臂b的中点连接到电感l1的一端，电感l1的另外一端连接在s1触点和电容c1另外一端所构成的公共点，所述桥臂c的中点连接到电感l2的一端，电感l2的另外一端连接在s4、s6 的公共点，所述电容c2、c4接在bus+、bus-网络，所述电容c3一端接在s6的一端，所述c3的另外一端接在
s5的一端即bus-网络，所述电感l1、电感l2感量设计成相同。
11.所述电容c3、开关s6、电感l2、桥臂c、电容c2、c4构成一组buckboost双向直流变换器，所述q5、q6驱动互补，即相位相差180度。
12.所述电容c3、开关s6、开关s4、开关s1、开关s2com
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nc、开关s3com
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no、电感 l1、桥臂b、电容c2、c4构成一组buckboost双向直流变换器，所述q3、q4驱动互补，即相位相差180度。
13.所述开关s1、开关s2com
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no、电容c1、电感l1、开关s3com
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nc、桥臂a、桥臂b、电容c2、电容c4构成一组双向acdc变换器，所述q1、q2驱动互补，即相位相差180度； q3、q4驱动互补，即相位相差180度。
14.所述开关s1、开关s2com
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no、电容c1、开关s4、电感l2、开关s3com
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nc、桥臂a、桥臂c、电容c2、电容c4构成一组双向acdc变换器，所述q1、q2驱动互补，即相位相差180度；q5、q6驱动互补，即相位相差180度。
15.所述电容c3、开关s6、电感l2、桥臂c、电容c2、c4、开关s4、开关s1、开关s2com
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nc、开关s3com
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no、电感l1、桥臂b构成一组交错并联双向buckboost变换器，所述q5、q6 驱动相位相差180度，所述q3、q4驱动相位相差180度，所述q3、q5的载波相位相差180 度。
16.所述开关s1、开关s2com
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no、电容c1、电感l1、开关s3com
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nc、桥臂a、桥臂b、开关s4、电感l2、桥臂c、电容c2、电容c4构成一组交错并联双向acdc变换器，所述 q1、q2驱动相位相差180度，所述q5、q6驱动相位相差180度，所述q3、q4驱动相位相差180度，所述q3、q5的载波相位相差180度。
17.所述控制器通过采集交直流端口电压、直流母线电压、电容电压、电感电流及接收上位机指令，对双向交直流变换器的工作状态进行控制。
18.本实用新型的有益效果：
19.本实用新型所述的一种双向交直流变换器装置，ac-dc变换，功率较小时，变换器仅需两个桥臂工作，功率较大时，变换器三个桥臂都在工作；dc-dc变换，功率较小时，变换器仅需一个桥臂工作，功率较大时，变换器两个桥臂在工作，整个操作的过程中，通过控制器的逻辑控制实现桥臂间交错并联，提高功率和充放电速度，减小电容纹波电流，改善功率器件散热，从而提高效率和功率密度，减小体积和成本。
附图说明
20.下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
21.图1为本实用新型提供的一种双向交直流变换器装置的主功率电路结构示意图；
22.图2为本实用新型提供的一种双向交直流变换器装置的控制器结构示意图；
23.图3为本实用新型提供的一种双向交直流变换器装置的一组buckboost双向变换器结构示意图；
24.图4为本实用新型提供的一种双向交直流变换器装置的一组buckboost双向变换器结构示意图；
25.图5为本实用新型提供的一种双向交直流变换器装置的两组buckboost双向变换器交错并联结构示意图；
26.图6为本实用新型提供的一种双向交直流变换器装置的双向acdc变换器结构示意
图；
27.图7为本实用新型提供的一种双向交直流变换器装置的双向acdc变换器交错并联结构示意图。
具体实施方式
28.以下通过特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容了解本实用新型的优点和功效。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本实用新型的限制，为了更好地说明本实用新型的实施例，图中某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
29.本实用新型实施例的图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件，在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于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，因此图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述用于的具体含义。
30.如图1示，本实用新型的一种双向交直流变换器装置，包括继电器开关s1、s2、s3、 s4、s5、s6，开关管q1、开关管q2、开关管q3、开关管q4、开关管q5、开关管q6，开关管d1、开关管d2、开关管d3、开关管d4、开关管d5、开关管d6，电容c1、c2、c3、 c4，电感l1、l2；q1、d1、q2、d2组成的桥臂a，q3、d3、q4、d4组成的桥臂b，q5、d5、 q6、d6组成的桥臂c；ac_l/dc+、ac_n/dc-为交直流共用端口，bus+、bus-为变换器的高压直流母线端口；电感l1、l2的感量设计成相同。
31.桥臂a的下端、桥臂b的下端通过一组转换继电器s2连接，s2的com触点连接在 ac_n/dc-端口，s2的no触点接到桥臂a的中点，s2的nc触点连接到一组转换型继电器 s3的no触点，s3的nc触点连接在桥臂a的下端，s3的com触点连接在桥臂b的下端(即 bus-网络)。
32.开关s1连接在ac_l/dc+端口和电感l1和电容c1的公共点，开关s4连接在ac_l/dc+ 端口和电感l2和电容c3的公共点，开关s5连接在ac_n/dc-端口和桥臂c和电容c3的公共点(即母线bus-网络)，开关s6一端连接在电容c3，另外一端连接在s4、l2的公共连接点上。
33.控制器由数据采集模块、继电器开关驱动模块、功率管驱动模块、辅助电源和通讯线组成。
34.继电器初始状态：s1、s4、s5、s6是常开状态；s2、s3均为一组转换型继电器，s2 的常闭触点(nc)与s3的常开触点(no)相连接；s2的常开触点(no)与c1、桥臂a的中点连接在一起，s3的常闭触点(nc)使得桥臂a下端与桥臂b下端(即母线bus-)连接在一起。
35.控制器通过采集交直流端口电压、直流母线电压、电容电压、电感电流及接收上位机指令，对交直流变换器的工作状态进行控制。vac/dc是交直流端口电压，vc1、vc3分别是电容c1、c3的电压，vbus是母线电压，il1、il2分别是电感l1、l2的电流；vgs1、 vgs2、vgs3、vgs4、vgs5、vgs6分别是q1、q2、q3、q4、q5、q6的驱动；vdrv_s1、vdrv_s2、 vdrv_s3、vdrv_s4、vdrv_s5、vdrv_s6分别是继电器s1、s2、s3、s4、s5、s6的驱动。
36.实施例1，如图3及图4示：
37.dc+、dc-作为输入，bus+、bus-作为输出，即dc侧向bus侧进行升压变换。
38.开关s4、s5、s6闭合，s1断开，s2、s3保持初始状态，如图3所示，l2、c2、c3、 c4、桥臂c构成一组buckboost双向变换器。或者，闭合s1、s4、s6，闭合s3的no触点，断开s5，s2保持初始状态，如图4所示，l1、c2、c3、c4、桥臂b也构成一组buckboost 双向变换器。升压变换时，可以只选择图3或者图4的电路单元进行功率变换。以图3进行说明，q6管导通，l2存储能量，之后q6关断，l2能量通过d5或q5(q5可工作在同步整流状态)向电容c2、c4充电，即对bus进行升压。q5工作在同步整流状态时，q5、q6 驱动相位相差180度。
39.实施例2，如图5示：
40.dc+、dc-作为输入，bus+、bus-作为输出，即dc侧向bus侧进行升压变换。
41.s1闭合，s2保持初始状态，s3的常开触点(no)闭合，s4、s5、s6闭合，即桥臂b、桥臂c构成两组buckboost双向变换器交错并联，可以减小c3、c2、c4电容的纹波电流。 q6、q4的载波信号相位相差180度，q5工作在同步整流状态时，q5、q6驱动相位相差180 度。q3工作在同步整流状态时，q3、q4驱动相位相差180度。
42.实施例3，如图3及图4示：
43.bus+、bus-作为输入，dc+、dc-作为输出，即bus侧向dc侧进行降压变换。工作电路如图4所示，
44.以图3进行说明，q5管导通，bus同时向dc侧电容c3和l2充电，之后q5关断，l2 能量通过d6或q6(q6可工作在同步整流状态)续流继续对c3充电，实现对bus进行降压。q6工作在同步整流状态时，q6、q5驱动相位相差180度。
45.实施例4，如图5示：
46.bus+、bus-作为输入，dc+、dc-作为输出，即bus侧向dc侧进行降压变换。工作电路如图5所示，
47.q5管导通，bus同时向dc侧电容c3和l2充电，之后q5关断，l2能量通过d6或q6 (q6可工作在同步整流状态)续流继续对c3充电。q3管导通，bus同时向dc侧电容c3 和l1充电，之后q3关断，l1能量通过d4或q4(q4可工作在同步整流状态)续流继续对 c3充电。q5、q3的载波信号相位相差180度。q6工作在同步整流状态时，q5、q6驱动相位相差180度。q4工作在同步整流状态时，q3、q4驱动相位相差180度。
48.实施例5，如图6示：
49.ac_l、ac_n作为交流输入，bus+、bus-作为直流输出。
50.开关s1闭合，s2的常开触点(no)闭合，开关s4、s5、s6断开，如图6所示，c1、l1、桥臂a、桥臂b、c2、c4构成双向acdc变换器。桥臂a的功率管q1、q2工频开关，桥臂b的功率管q3、q4高频开关切换。
51.输入ac的正半周，q2常通，q1常断开，q4管导通，电流ac通过l1、q4、q2路径对电感l1充电，q4断开时，电感l1电流通过d3和q3对母线电容c2、c4充电。
52.输入ac的负半周，q1常通，q2常断开，q3导通时，交流ac通过q1、q3、l1回路对 l1充电，q3断开时，电感l1通过q4和d4对母线电容c2、c4充电。
53.q1、q2驱动相位相差180度，q3、q4驱动相位相差180度。
54.实施例6，如图7示：
55.ac_l、ac_n作为交流输入，bus+、bus-作为直流输出。
56.开关s1闭合，s2的常开触点(no)闭合，s3保持初始状态，开关s4闭合，s5、s6 断开，如图7所示，桥臂a、桥臂b、桥臂c共同工作实现acdc变换，其中，桥臂b、桥臂c交错并联方式工作。总体的工作方式与实施例5类似。
57.q1、q2驱动相位相差180度，q3、q4驱动相位相差180度，q5、q6驱动相位相差180 度，q4与q6的载波相差180度。
58.实施例7，如图6示：
59.bus+、bus-作为直流输入，ac_l、ac_n作为交流输出。工作电路如图6所示，ac的正半周，q2常通，q1常断开，q3管导通，直流bus通过q3、l1、c1、q2路径对电感l1 充电，q3断开时，电感l1电流通过d4(或q4)、l1、c1、q2续流。
60.ac的负半周，q1常通，q2常断开，q4管导通，直流bus通过q1、c1、l1、q4路径对电感l1充电，q4断开时，电感l1电流通过d3(或q3)、q1、c1、l1路径续流。
61.q1、q2驱动相位相差180度，q3、q4驱动相位相差180度。
62.实施例8，如图7示：
63.bus+、bus-作为直流输入，ac_l、ac_n作为交流输出。工作电路如图7所示，总体的工作方式与实施例7类似。q1、q2驱动相位相差180度，q3、q4驱动相位相差180度， q5、q6驱动相位相差180度，q3与q5的载波相差180度。
64.以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。本实用新型未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。