专利名称：一种单相交流和直流的双向变换器的制作方法
技术领域：
一种单相交流和直流的双向变换器本实用新型涉及电源变换技木，尤其涉及一种单相交流和直流的双向变换器。在新型直流电压端的生产应用中，通常需要对直流电压端进行多次的充放电后才能形成最終的直流电压端，传统的方法是采用充电器进行充电，采用电阻性负载放电，该方法对能源有较大的消耗。为此，市场上出现了很多节能的方法。其中一种节能的方法是通过充电器进行充电，放电时通过另外的放电逆变器进行放电，该方法实现了节能，但系统由于包含了充电部分和放电部分，硬件相对负杂，成本较 闻。另ー种节能的方法是通过エ频隔离变压器隔离后，进行高频整流得到ー个母线电压，然后采用ー个不隔离的buck/boost双向变换电路到输出；该方法实现了ー套装置进行双向变换，但还是有以下缺点，如エ频变压器重量重，成本高，在小功率情况下体积大，成本闻等问题。为解决上面提到的问题，本实用新型采用高频隔离的双向变换电路，充电时从电网向直流电压端充电，放电时直流电压端直接放电到电网，整个过程采用同一套主电路实现，采用智能控制电路进行控制，由于该方法采用高频变压器实现隔离，不需要笨重的エ频变压器，因此整机重量轻，体积小，系统构成灵活，可以方便的实现节能和安全隔离，该方案具有较好的成本和较高的效率及安全特性。本实用新型提供了一种单相交流和直流的双向变换器，整机重量轻、体积小、系统构成灵活，成本低。本实用新型的技术方案是一种单相交流和直流的双向变换器，包括高频整流単元、DC-DC原边开关単元、副边整流単元、变压器、第一电感、第二电感、电解电容、驱动単元、隔离驱动单元、隔离单元和DSP ；高频整流単元的一端通过第一电感与电网正极连接，另一端与电网负极连接，并通过DC-DC原边开关単元与变压器的原边绕组连接，副边整流単元与变压器的两个副边绕组连接，两个副边绕组的连接点通过第二电感接直流电压端，电解电容的一端接直流电压端，另一端接地；DSP的其中一个电流检测端和电压检测端分别与电网连接，另ー个电压检测端通过隔离単元接直流电压端，另ー个电流检测端接在副边整流単元和地之间，DSP的第一驱动端通过驱动单元驱动高频整流単元，第二驱动端通过隔离驱动单元驱动DC-DC原边开关单元，第三驱动端通过隔离单元驱动副边整流単元。本实用新型采用高频隔离的双向变换电路，充电时从电网向直流电压端充电，放电时直流电压端直接放电到电网，整个过程采用同一套主电路实现，采用DSP进行控制，由于该方法采用高频变压器实现隔离，不需要笨重的エ频变压器，因此整机重量轻、体积小、系统构成灵活，可以方便的实现节能和安全隔离，且本实用新型成本低、效率较高、安全特性好。图I是本实用新型的单相交流和直流的双向变换器在一实施例中的电路原理图。
以下结合附图对本实用新型的具体实施例做一详细的阐述。本实用新型采用高频隔离的双向变换电路，充电时从电网向直流电压端充电，放电时直流电压端直接放电到电网，整个过程采用同一套主电路实现，采用DSP进行控制，由于该方法采用高频变压器实现隔离，不需要笨重的エ频变压器，因此整机重量轻、体积小、系统构成灵活，可以方便的实现节能和安全隔离，且本实用新型成本低、效率较高、安全特性好。如
图1，本实用新型的单相交流和直流的双向变换器，包括DSP、驱动单元、隔离驱动单元、隔离单元及第ー电感L6、第二电感L3-C、电解电容C7、第一 MOS管Q11、第二 MOS管Q12、第三MOS管Q13、第四MOS管Q14、第五MOS管Q15、第六MOS管Q16、第七MOS管Q17、第八MOS管Q18、第九MOS管Q19、第十MOS管Q20、变压器；变压器包括ー个原边绕组Ll-E和两个副边绕组LI-B、L2-A ；第七MOS管Q17、第八MOS管Q18的漏极相连接，并分别与第一 MOS管Qll和第二MOS管Q12的漏极连接；第九MOS管Q19、第十MOS管Q20、第三MOS管Q13、第四MOS管Q14的源极接地，第七MOS管Q17的源极和第十MOS管Q20的漏极连接点通过第一电感L6接电网正极L，第八MOS管Q18的源极和第九MOS管Q19的漏极连接点接电网负极N，DSP的第一驱动端通过驱动单元分别与第七MOS管Q17、第八MOS管Q18、第九MOS管Q19、第十MOS管Q20的栅极连接，DSP的其中一个电流检测端和电压检测端分别与电网连接，DSP的第二驱动端通过隔离驱动单元分别与第一 MOS管QlI、第二 MOS管Q12、第三MOS管Q13、第四MOS管Q14的栅极连接，第一 MOS管Qll的源极和第三MOS管Q13的漏极连接点与变压器的原边绕组Ll-E的一端连接，第二 MOS管Q12的源极和第四MOS管Q14的漏极连接点与原边绕组Ll-E的另一端连接；DSP的第三驱动端通过隔离単元分别与第五MOS管Q15、第六M0S-Q16的栅极连接，DSP的另ー个电流检测端连接在第五MOS管Q15的源极和地的连接点之间，DSP的另ー 个电压检测端与直流电压端V2连接；变压器的两个副边绕组的连接点通过第二电感L3-C与直流电压端V2连接，其中ー个副边绕组L2-A与第五MOS管Q15的漏极连接，第五MOS管Q15、第六MOS管Q16的源极接地，第六MOS管Q16的漏极与另ー个副边绕组Ll-B连接，电解电容C7的正极接直流电压端V2，负极接地。其中，第一MOS管Q11、第二MOS管Q12、第三MOS管Q13、第四MOS管Q14组成DC-DC原边整流単元，第五MOS管Q15、第六MOS管Q16组成副边整流単元，第七MOS管Q17、第八MOS管Q18、第九MOS管Q19、第十MOS管Q20组成高频整流単元。另外，第一MOS管Q11、第二MOS管Q12、第三MOS管Q13、第四MOS管Q14、第五MOS管Q15、第六MOS管Q16、第七MOS管Q17、第八MOS管Q18、第九MOS管Q19、第十MOS管Q20内还分别设有第一体ニ极管Dl、第二体ニ极管D2、第三体ニ极管D3、第四体ニ极管D4、第五体ニ极管D5、第六体ニ极管D6、第七体ニ极管D7、第八ニ极管D8、第九ニ极管D9、第十二极管DlO ;在进行同步整流时，可以分别利用与MOS管内部的体ニ极管进行工作，此时可以不再驱动MOS管工作。具体实施时，所述隔离単元和隔离驱动单元采用电气隔离，如采样电路的隔离单元采用线性光耦，隔离驱动单元采用高速光耦或专用隔离驱动芯片进行隔离，如与DSP同侧的采用IR2113，副边采用HCPL205。本实用新型的双向变换器其实由两部分组成，一是高频整流部分；ニ是隔离的双向直流变换部分；高频整流部分实现交流到直流的不隔离变换，其本质是ー个逆变电路，通过DSP的智能控制，可以实现输入的高功率因数，同时实现双向变换，当直流母线电压低于设定电压时，能量从交流部分流向直流母线，当直流母线电压高于设定电压时，能量从直流母线流向交流部分。 隔离的双向直流变换部分实现直流母线到输出直流的变换，但输出有负载吸取能量的情况下，能量从直流母线流向输出直流，当有外部能量流向输出直流母线时，通过DSP的智能控制可以实现能量从输出直流流向直流母线，继而通过高频整流的控制，从直流母线流向交流电网部分。图I所示其实为ー个Ikw双向隔离变换器，实现从単相交流220V到直流12V的双向变换。图中MOS管Q17、Q18、Q19、Q20为高频整流主电路，MOS管Q11、Q12、Q13、Q14为双向隔尚DC部分的原边开关管,MOS管Q15、Q16为双向隔尚副边部分同步整流开关管(输出能量)或副边推挽升压的开关管。电路中高频整流和双向隔离DC采用ー颗DSP控制。其中DSP完成高频整流控制，检测交流电压、电流和直流母线电压，进行高频整流算法及控制，同时进行输出控制，输出电压和输出电流经过隔离后检测；整个控制由DSP实现，DSP检测输出的电压电流，确定能量流动的方向并采用相应的驱动控制策略，实现能量按需要的方向流动控制。上述描述中，DC-DC原边整流単元、高频整流単元里的MOS管同样可以采用IGBT等其他的开关器件，以满足实际使用的需要。以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
权利要求1.一种单相交流和直流的双向变换器，其特征在于包括高频整流単元、DC-DC原边开关单元、副边整流単元、变压器、第一电感、第二电感、电解电容、驱动単元、隔离驱动单元、隔离单元和DSP ； 高频整流単元的一端通过第一电感与电网正极连接，另一端与电网负极连接，并通过DC-DC原边开关単元与变压器的原边绕组连接，副边整流単元与变压器的两个副边绕组连接，两个副边绕组的连接点通过第ニ电感接直流电压端，电解电容的一端接直流电压端，另一端接地；DSP的其中一个电流检测端和电压检测端分别与电网连接，另ー个电压检测端通过隔离単元接直流电压端，另ー个电流检测端接在副边整流単元和地之间，DSP的第一驱动端通过驱动单元驱动高频整流単元，第二驱动端通过隔离驱动单元驱动DC-DC原边开关単元，第三驱动端通过隔离单元驱动副边整流単元。
2.根据权利要求I所述的单相交流和直流的双向变换器，其特征在于所述DC-DC原边开关単元包括第一 MOS管、第二 MOS管、第三MOS管、第四MOS管，所述副边整流単元包括第五MOS管、第六MOS管，所述高频整流単元包括第七MOS管、第八MOS管、第九MOS管、第十MOS管； 第七MOS管、第八MOS管的漏极相连接，并分别与第一 MOS管和第二 MOS管的漏极连接；第九MOS管、第十MOS管、第三MOS管、第四MOS管的源极接地，第七MOS管的源极和第十MOS管的漏极连接点通过第一电感接电网正极，第八MOS管的源极和第九MOS管的漏极连接点接电网负扱，DSP的第一驱动端通过驱动単元分别与第七MOS管、第八MOS管、第九MOS管、第十MOS管的栅极连接，DSP的第二驱动端通过隔离驱动单元分别与第一 MOS管、第ニ MOS管、第三MOS管、第四MOS管的栅极连接，第一 MOS管的源极和第三MOS管的漏极连接点与变压器的原边绕组的一端连接，第二 MOS管的源极和第四MOS管的漏极连接点与原边绕组的另一端连接； DSP的第三驱动端通过隔离単元分别与第五MOS管、第六MOS管的栅极连接，DSP的另ー个电流检测端连接在第五MOS管的源极和地的连接点之间，其中一个副边绕组与第五MOS管的漏极连接，第五MOS管、第六MOS管的源极接地，第六MOS管的漏极与另ー个副边绕组连接。
3.根据权利要求I或2所述的单相交流和直流的双向变换器，其特征在于所述隔离単元和隔离驱动单元采用电气隔离。
专利摘要本实用新型公开了一种单相交流和直流的双向变换器，其包括高频整流单元、DC-DC原边开关单元、副边整流单元、变压器、第一电感、第二电感、电解电容、驱动单元、隔离驱动单元、隔离单元和DSP。本实用新型采用同一套主电路实现，采用DSP进行控制，由于该方法采用高频变压器实现隔离，不需要笨重的工频变压器，因此整机重量轻、体积小、系统构成灵活，可以方便的实现节能和安全隔离，且本实用新型成本低、效率较高、安全特性好。
文档编号H02M7/797GK202406056SQ20122000301
公开日2012年8月29日 申请日期2012年1月5日 优先权日2012年1月5日
发明者阮世良 申请人:深圳市高斯宝电气技术有限公司