专利名称：蓄电池储能系统用双向dc/dc变换器软换流主电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种双向DC/DC变换器主电路，尤其是一种蓄电池储能系统用双向 DC/DC变换器软换流主电路。
背景技术：
实现双向DC/DC变换器主电路的形式有多种，根据蓄电池储能系统中的配置要求，其中Boost/Buck变换器以其变换效率高的特点，是首选的双向DC/DC变换主电路之一。在蓄电池储能系统中，一般采用如图2所示的一种Boost/Buck双向DC/DC变换器主电路，由于双向DC/DC变换器变换传递的功率大(IOOkW以上)，输出电压达400 — 500V, 流过开关管的电流达几百安培。在这种工作条件下，开关管S1A2、主功率二极管D1A2是交替导通的，在所述开关管Sp S2、主功率二极管Dp D2换流过程中，将在开关管Sp S2、主功率二极管DpD2上产生很大的必/流、而/流，特别是当开关管SpS2由截止转为导通，主功率二极管DpD2由导通转为截止的过程中，由于二极管反向导通恢复时间的原因，主功率二极管 Dp D2相当于短路状态，此时，由开关管S1 (S2)、主功率二极管D2 (D1X电容C2 (C1)构成回路，相当于电容C2 (C1)直接短路，并且由于输出电容上的电压达400 - 500V，此时将在开关管Sp S2、主功率二极管DpD2上产生并流过很大的电流尖峰，产生很大的 /流，这种很大的 /流与电流尖峰值不仅造成严重的电磁干扰问题，更严重的是它将造成主功率二极管01、仏的失效损坏，从而造成整个变换电路的故障。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种使用寿命长、可靠性高、电磁干扰小的新型蓄电池储能系统用双向DC/DC变换器主电路。为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是所述主电路在主功率二极管 D1和D6上分别串联饱和电感L2、L5，增加了由二极管D2-D3、电容C2、电感L3组成的升压辅助电路和由二极管D4-D5、电容C4、电感L4组成的降压辅助电路。所述主电路由升压电路和降压电路组成，所述升压电路包括开关管S1、电容C1-Cy 电感L1-L3和二极管D1-D3,；所述开关管S1的漏极一路经电感L1接所述蓄电池Ubat的正极， 所述开关管S1的漏极另一路依次经二极管D1、电感L2接所述高压端Uh的正极，所述开关管 S1的漏极第三路依次经二极管D2、D3、电感L3接高压端Uh的正极，所述开关管S1的源极分别与蓄电池Ubat、高压端Uh的负极连接；所述电容C2的一端接二极管D2与D3的结点，其另一端与开关管S1的源极连接；所述电容C1接在蓄电池Ubat的两端；所述电容C3接在高压端 Uh的两端。所述降压电路包括开关管S2、所述电容C1和C3、电容C4、所述电感L1、电感L4-L5和二极管D4-D6,所述开关管S2的漏极接高压端Uh的正极，所述开关管S2的源极经电感L1接蓄电池Ubat的正极，所述开关管S2的源极依次经二极管D6、电感L5接蓄电池Ubat的负极，所述开关管S2的漏极依次经电容C4、二极管D5、电感L4接开关管S2的源极；所述二极管D4的一端接电容C4与二极管D5的结点，其另一端接高压端Uh的负极，蓄电池Ubat的负极与高压端Uh的负极相连接。其工作原理如下
(I)Boost升压状态，开关管S1工作在开关状态，开关管S2完全截止，能量从蓄电池Ubat 流向高压端Uh。当开关管S1由导通转为截止时，相对于电感L1、二极管Dp电感L2、电容C3支路，电感L1、二极管D2、电容C2支路的阻抗更小，此时输入电流I1由开关管S1换流至二极管D2并对电容C2充电，由于电容C2的存在，可对开关管S1的漏极、源极两端电压加以适当的抑制， 起到保护开关管S1的作用；随着电容C2电压逐渐升高，电流I3将逐渐减小，同时电流I2从零开始增加。由于电感L1、二极管込為、电感L3、电容(3支路的阻抗较大，经过一段时间后， 电流I3将下降至零，所有电流全部从二极管D1、电感L2流过，为加快这一过程，还特将电感 L2设为饱和式电感，这样完成开关管S1与二极管D1的换流过程，电容C2上的电量将通过二极管D3、电感L3放电到电容C3，基本维持与电容C3同样的电压值，为下一次的开关管S1、二极管D1换流做好准备。当开关管S1由截止转为导通时，尽管二极管D1存在反向恢复的问题，但由于电感 L2的存在，将使二极管D1上的di/dt和电流尖峰值被抑制在较小的范围内；而对于辅助电路，此时由于二极管D2上已几乎无电流流过，所以不存在反向恢复问题，也没有 / /i和电流尖峰问题。(2)Buck降压状态，开关管S2工作在开关状态，开关管S1完全截止，能量从高压端 Uh流向蓄电池Ubat当开关管S2由导通转为截止时，相对于电容C1、电感L1、二极管D6、电感L5 回路，二极管D4、电容C4、电感L1回路的阻抗更小，此时输入电流I4由开关管S2换流至二极管队并对电容C4充电，由于电容C4的存在，可对开关管S2的漏极、源极两端电压加以适当的抑制，起到保护开关管S2的作用；随着电容C4电压逐渐升高，电流I6将逐渐减小，同时电流I5从零开始增加。由于二极管D4、D5、电感LpL1、电容C1回路的阻抗较大，经过一段时间后，电流I6将下降至零，所有电流全部从电感L5、二极管％流过，为加快这一过程，还特将电感L5设为饱和式电感，这样完成开关管S2与二极管D6的换流过程，电容C4上的电量将通过二极管D5、电感L4放电到电容C1，基本维持与电容C1同样的电压值，为下一次的开关管S2、 二极管D6换流做好准备。当开关管S2由截止转为导通时，尽管二极管D6存在反向恢复的问题，但由于电感 L5的存在，将使二极管D6上的di/dt和电流尖峰值被抑制在较小的范围内；而对于辅助电路，此时由于二极管D4上已几乎无电流流过，所以不存在反向恢复问题，也没有 / /i和电流尖峰问题。采用上述技术方案所产生的有益效果在于如图1所示，所述主电路在主功率二极管D1和D6上分别串联饱和电感L2、L5，增加了由二极管D2-D3、电容C2、电感L3组成的升压辅助电路和由二极管D4-D5、电容C4、电感L4组成的降压辅助电路，所述主电路不仅解决了主功率器件开关管SpS2、主功率二极管DpD6上很大的电流尖峰和di/dt、du/dt,克服了常规Boost/Buck双向DC/DC变换器主电路中主功率器件寿命短、可靠性差等缺点，还减小了系统的电磁干扰，提高了电路工作的安全性和可靠性。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。图1是本发明主电路原理图；
图2是常规双向DC/DC变换器主电路原理图。
具体实施例方式为解决常规双向DC/DC变换器主电路的缺点，本发明提出了如图1所示的一种主电路，同图2相比，所述主电路在主功率二极管D1和D6上分别串联饱和电感L2、L5,增加了由二极管D2-D3、电容C2、电感L3组成的升压辅助电路和由二极管D4-D5、电容C4、电感L4组成的降压辅助电路。所述主电路由升压电路和降压电路组成，所述升压电路包括开关管S1、电容C1-Cy 电感L1-L3和二极管D1-D3,；所述开关管S1的漏极一路经电感L1接所述蓄电池Ubat的正极， 所述开关管S1的漏极另一路依次经二极管D1、电感L2接所述高压端Uh的正极，所述开关管 S1的漏极第三路依次经二极管D2、D3、电感L3接高压端Uh的正极，所述开关管S1的源极分别与蓄电池Ubat、高压端Uh的负极连接；所述电容C2的一端接二极管D2与D3的结点，其另一端与开关管S1的源极连接；所述电容C1接在蓄电池Ubat的两端；所述电容C3接在高压端 Uh的两端。所述降压电路包括开关管S2、所述电容C1和C3、电容C4、所述电感L1、电感L4-L5和二极管D4-D6,所述开关管S2的漏极接高压端Uh的正极，所述开关管S2的源极经电感L1接蓄电池Ubat的正极，所述开关管S2的源极依次经二极管D6、电感L5接蓄电池Ubat的负极，所述开关管S2的漏极依次经电容C4、二极管D5、电感L4接开关管S2的源极；所述二极管D4的一端接电容C4与二极管D5的结点，其另一端接高压端Uh的负极，蓄电池Ubat的负极与高压端Uh的负极相连接。
权利要求
1. 一种蓄电池储能系统用双向DC/DC变换器软换流主电路，其特征在于所述主电路由升压电路和降压电路组成；所述升压电路包括开关管Si、电容C1-Cy电感L1-L3和二极管 D1-D3,；所述开关管S1的漏极一路经电感L1接所述蓄电池Ubat的正极，所述开关管S1的漏极另一路依次经二极管D1、电感L2接所述高压端Uh的正极，所述开关管S1的漏极第三路依次经二极管D2、D3、电感L3接高压端Uh的正极，所述开关管S1的源极分别与蓄电池Ubat、高压端Uh的负极连接；所述电容C2的一端接二极管D2与D3的结点，其另一端与开关管S1的源极连接；所述电容C1接在蓄电池Ubat的两端；所述电容C3接在高压端Uh的两端；所述降压电路包括开关管S2、所述电容C1和C3、电容C4、所述电感L1、电感L4-L5和二极管D4-D6，所述开关管S2的漏极接高压端Uh的正极，所述开关管S2的源极经电感L1接蓄电池Ubat的正极，所述开关管S2的源极依次经二极管D6、电感L5接蓄电池Ubat的负极，所述开关管S2的漏极依次经电容C4、二极管D5、电感L4接开关管S2的源极；所述二极管D4的一端接电容C4与二极管D5的结点，其另一端接高压端Uh的负极，蓄电池Ubat的负极与高压端Uh 的负极相连接。
全文摘要
本发明公开了一种蓄电池储能系统用双向DC/DC变换器软换流主电路，其特征在于所述主电路由升压电路和降压电路组成，所述升压电路包括开关管S1、电容C1-C3、电感L1-L3和二极管D1-D3；所述降压电路包括开关管S2、所述电容C1和C3、电容C4、所述电感L1、电感L4-L5和二极管D4-D6；所述主电路不仅解决了开关管S1、S2、主功率二极管D1、D6上很大的电流尖峰和di/dt、du/dt，克服了常规Boost/Buck双向DC/DC变换器主电路中开关管、主功率二极管寿命短、可靠性差等缺点，还减小了系统的电磁干扰，提高了电路工作的安全性和可靠性。
文档编号H02M3/07GK102223063SQ20111016049
公开日2011年10月19日 申请日期2011年6月15日 优先权日2011年6月15日
发明者张亮, 梁志敏, 汪殿龙, 王军, 胡云岩 申请人:河北科技大学