非隔离高变比双向直流变换器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种非隔离高变比双向直流变换器。其目的是为了提供一种体积小、电压变比高、效率高的双向直流变换器。本发明包括第一直流电源、第二直流电源、第一电感、第二电感、第一功率开关管、第二功率开关管和第三功率开关管。第一直流电源的负极与第一功率开关管的负极端连接，第一功率开关管的正极端与第一电感的一端连接，第一电感的另一端与第一直流电源的正极连接，第一直流电源的正极与第二功率开关管的正极端连接，第二功率开关管的负极端与第二电感的一端连接，第二电感的另一端与第二直流电源的负极连接，第一功率开关管和第一电感之间、第二功率开关管和第二电感之间分别导线，导线的另一端接入第二直流电源。
【专利说明】
非隔离高变比双向直流变换器
技术领域
[0001]本发明涉及电力电子变频领域，特别是涉及一种非隔离高变比双向直流变换器。
【背景技术】
[0002]双向直流变换器用于两个直流电源间进行双向的能量传输，目前广泛的应用于工业领域，如混合电动汽车能量管理系统、不间断电源、燃料电池混合发电系统、光伏混合发电系统和电池充电器等方面。
[0003]现阶段广泛使用的双向直流变换器主要包括传统的双向直流变换器和隔离型双向直流变换器。传统的双向直流变换器结构简单，应用广泛，但也存在如下一些缺点:(I)当需要较大的变比场合时，工作占空比很大，因此能量传输模式所占的时间少，导致效率降低；(2)所需升压电感大，电感上流过全部的输入电流，电感的电流值为输入电流值，由于工作占空比大，电感储能时间长，导致电感电流纹波大，电感体积和重量大；(3)功率开关导通时流过全部的电感电流，即流过输入电流，其通态损耗大，效率低；(4)由于输出电流纹波大，需要选择较大的滤波电容，增加了系统的体积和成本。隔离型双向直流变换器需要通过调整隔离变压器的匝数比来得到较高的升压和降压效果，导致整个系统工作效率偏低。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种体积小、电压变比高、效率高的非隔离高变比双向直流变换器。
[0005]本发明非隔离高变比双向直流变换器，其中，包括第一直流电源、第二直流电源、第一电感、第二电感、第一功率开关管和第二功率开关管，第一直流电源的负极与第一功率开关管的负极端连接，第一功率开关管的正极端与第一电感的一端连接，第一电感的另一端与第一直流电源的正极连接，第一直流电源的正极与第二功率开关管的正极端连接，第二功率开关管的负极端与第二电感的一端连接，第二电感的另一端与第二直流电源的负极连接，第一功率开关管和第一电感之间引出第一导线，第一导线的另一端与第三功率开关管的负极端连接，第三功率开关管的正极端与第二直流电源的正极连接，在第二功率开关管和第二电感之间引出第二导线，第二导线的另一端与第二直流电源的负极连接。
[0006]本发明非隔离高变比双向直流变换器，其中所述第一功率开关管、第二功率开关管和第三功率开关管都由MOS管和功率二极管组成，功率二极管的阴极与MOS管的漏极连接，阳极与MOS管的源极连接，功率二极管的阴极为功率开关管的正极端，功率二极管的阳极为功率开关管的负极端。
[0007]本发明非隔离高变比双向直流变换器，其中所述第一功率开关管、第二功率开关管和第三功率开关管都由IGBT管和功率二极管组成，功率二极管的阴极与IGBT管集电极连接，阳极与IGBT管发射极连接，功率二极管的阴极为功率开关管的正极端，功率二极管的阳极为功率开关管的负极端。
[0008]本发明非隔离高变比双向直流变换器，其中所述第一直流电源的正极和负极之间并联有第一电容，在第二直流电源的正极和负极之间并联有第二电容。
[0009]本发明非隔离高变比双向直流变换器，其中所述第一电感和第二电感为分立电感或者耦合电感。
[0010]本发明非隔离高变比双向直流变换器与现有技术不同之处在于:本发明直流电源两端连接有第一桥臂和第二桥臂，第一桥臂由第一功率开关管和第一电感组成，第二桥臂由第二功率开关管和第二电感组成，与现有双向直流变换器相比第一功率开关管和第二功率开关管的占空比减小，在电压变换过程中能够产生较大的电压变比。第一电感和第二电感上分别只流过部分输入电流，第一电感和第二电感上的电流值小于直流电源输出的电流值，因此，第一电感和第二电感较小，第一电感和第二电感的电流纹波较小，减小了本发明的体积。由于流过第一电感和第二电感上的电流值较小，使各功率开关管导通时的电流也比较小，各功率开关管的通态损耗小，效率更高。因为第一电感和第二电感的电流纹波较小，可采用较小的第一电容和第二电容进行滤波，也进一步减小了本发明的体积和重量。[0011 ]下面结合附图对本发明非隔离高变比双向直流变换器作进一步说明。
【附图说明】
[0012]图1为本发明非隔离高变比双向直流变换器的电路结构图；
[0013]图2为本发明非隔离高变比双向直流变换器升压变换模式时的电路结构图；
[0014]图3为本发明非隔离高变比双向直流变换器降压变换模式时的电路结构图。
【具体实施方式】
[0015]如图1所示，为本发明非隔离高变比双向直流变换器的电路结构图，包括第一直流电源Vl、第二直流电源V2、第一电感L1、第二电感L2、第一功率开关管S1、第二功率开关管S2和第三功率开关管S3。第一直流电源Vl的负极与第一功率开关管SI的负极端连接，第一功率开关管SI的正极端与第一电感LI的一端连接，第一电感LI的另一端与第一直流电源VI的正极连接，第一直流电源Vl的正极与第二功率开关管S2的正极端连接，第二功率开关管S2的负极端与第二电感L2的一端连接，第二电感L2的另一端与第二直流电源V2的负极连接，在第一直流电源Vl的正极和负极之间还并联有第一电容Cl。在第一功率开关管SI和第一电感LI之间引出第一导线，第一导线的另一端与第三功率开关管S3的负极端连接，第三功率开关管S3的正极端与第二直流电源S2的正极连接，在第二功率开关管S2和第二电感L2之间引出第二导线，第二导线的另一端与第二直流电源S2的负极连接，在第二直流电源V2的正极和负极之间还并联有第二电容C2。
[0016]本发明的第一功率开关管S1、第二功率开关管S2和第三功率开关管S3都由MOS管和功率二极管组成，或者由IGBT管和功率二极管组成。采用MOS管和功率二极管时，功率二极管的阴极与MOS管的漏极连接，阳极与MOS管的源极连接，功率二极管的阴极为功率开关管的正极端，功率二极管的阳极为功率开关管的负极端。采用IGBT管和功率二极管时，功率二极管的阴极与IGBT管集电极连接，阳极与IGBT管发射极连接，功率二极管的阴极为功率开关管的正极端，功率二极管的阳极为功率开关管的负极端。
[0017]本发明的一个实施例中所采用的第一电感LI和第二电感L2为分立电感或者耦合电感。
[0018]本发明在进行升压变换时，如图2所示，断开第二直流电源V2，并在原第二直流电源V2的位置接入负载R，第一功率开关管SI和第一电感LI组成第一桥臂，第二功率开关管S2和第二电感L2组成第二桥臂，第一直流电源Vl的电压经过第一桥臂和第二桥臂进行升压变换，将第一直流电源Vl的电压变换为第二电容C2两端的电压Vc2加设在负载R两端，从而完成升压过程。在升压过程中第一电容Cl和第二电容C2起到滤波作用，第三功率开关管S3通过自身导通和截止的特性起到保护电路的作用。
[0019]本发明在进行降压变换时，如图3所示，断开第一直流电源VI，并在原第一直流电源Vl的位置接入负载R，第一功率开关管SI和第一电感LI组成第一桥臂，第二功率开关管S2和第二电感L2组成第二桥臂，第二直流电源V2的电压经过第一桥臂和第二桥臂进行升压变换，将第二直流电源V2的电压变换为第一电容Cl两端的电压Vq加设在负载R两端，从而完成降压过程。在降压过程中第一电容Cl和第二电容C2起到滤波作用，第三功率开关管S3通过自身导通和截止的特性起到保护电路的作用。
[0020]本发明非隔离变比双向直流变换器，直流电源两端连接有第一桥臂和第二桥臂，第一桥臂由第一功率开关管SI和第一电感LI组成，第二桥臂由第二功率开关管S2和第二电感L2组成，与现有双向直流变换器相比第一功率开关管SI和第二功率开关管S2的占空比减小，在电压变换过程中能够产生较大的电压变比。第一电感LI和第二电感L2上分别只流过部分输入电流，第一电感LI和第二电感L2上的电流值小于直流电源输出的电流值，因此，第一电感LI和第二电感L2较小，第一电感LI和第二电感L2的电流纹波较小，减小了本发明的体积。由于流过第一电感LI和第二电感L2上的电流值较小，使各功率开关管导通时的电流也比较小，各功率开关管的通态损耗小，效率更高。因为第一电感LI和第二电感L2的电流纹波较小，可采用较小的第一电容Cl和第二电容C2进行滤波，也进一步减小了本发明的体积和重量。本发明体积小、电压变比高、效率高，与现有技术相比具有明显的优点。
[0021]以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
【主权项】
1.一种非隔离高变比双向直流变换器，其特征在于:包括第一直流电源(VI)、第二直流电源(V2)、第一电感(LI)、第二电感(L2)、第一功率开关管(SI)、第二功率开关管(S2)和第三功率开关管(S3)，第一直流电源(VI)的负极与第一功率开关管(SI)的负极端连接，第一功率开关管(SI)的正极端与第一电感(LI)的一端连接，第一电感(LI)的另一端与第一直流电源(Vl)的正极连接，第一直流电源(Vl)的正极与第二功率开关管(S2)的正极端连接，第二功率开关管(S2)的负极端与第二电感(L2)的一端连接，第二电感(L2)的另一端与第二直流电源(V2)的负极连接，第一功率开关管(SI)和第一电感(LI)之间引出第一导线，第一导线的另一端与第三功率开关管(S3)的负极端连接，第三功率开关管(S3)的正极端与第二直流电源(S2)的正极连接，在第二功率开关管(S2)和第二电感(L2)之间引出第二导线，第二导线的另一端与第二直流电源(S2)的负极连接。2.根据权利要求2所述的非隔离高变比双向直流变换器，其特征在于:所述第一功率开关管(SI)、第二功率开关管(S2)和第三功率开关管(S3)都由MOS管和功率二极管组成，功率二极管的阴极与MOS管的漏极连接，阳极与MOS管的源极连接，功率二极管的阴极为功率开关管的正极端，功率二极管的阳极为功率开关管的负极端。3.根据权利要求2所述的非隔离高变比双向直流变换器，其特征在于:所述第一功率开关管(SI)、第二功率开关管(S2)和第三功率开关管(S3)都由IGBT管和功率二极管组成，功率二极管的阴极与IGBT管集电极连接，阳极与IGBT管发射极连接，功率二极管的阴极为功率开关管的正极端，功率二极管的阳极为功率开关管的负极端。4.根据权利要求1所述的非隔离高变比双向直流变换器，其特征在于:所述第一直流电源(Vl)的正极和负极之间并联有第一电容(Cl)，在第二直流电源(V2)的正极和负极之间并联有第二电容(C2)。5.根据权利要求1所述的非隔离高变比双向直流变换器，其特征在于:所述第一电感(LI)和第二电感(L2)为分立电感或者耦合电感。
【文档编号】H02M3/155GK105846674SQ201610460723
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年6月21日
【发明人】武伟, 倪勇, 周星, 苏润, 荣海春, 徐亮, 胡琦, 胡中华, 吴有恒, 夏育荣
【申请人】中国电子科技集团公司第三十八研究所