一种对称双向直流变换器的制作方法

本实用新型涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种应用在新能源汽车和储能系统中的对称双向直流变换器。

背景技术：

在新能源汽车和储能系统中，需要将电池直流电压转换为目标设备所需的直流电压。电池可以处于放电工作模式，为目标设备提供能量，电池也可以处于充电工作模式，通过目标设备吸取能量。目标设备包括但不局限于直流电机控制器、直流电容、四象限工作AC/DC整流器、四象限工作DC/AC逆变器等。

图1是现有技术中一种双向直流变换器电路拓扑，该电路拓扑通过buck和boost电路的结合实现了输入和输出直流侧能量的双向流动，该电路拓扑简单可靠，但是该电路拓扑输入和输出未实现隔离，不能使用在对输入和输出要求隔离的场合。

图2是现有技术中另一种双向直流变换器电路拓扑，该电路拓扑通过双向移相全桥电路来实现能量的双向流动，而且该电路拓扑实现了输入和输出的隔离，但是该电路拓扑中开关器件不能快速开通或关断，一旦快速的关断开关器件，将导致电路的感性元件感应出尖峰电压，开关频率越高，关断越快，该感性电压越高，此电压加在开关器件两端，容易造成开关器件击穿；一旦快速的开通开关器件，当开关器件在很高的电压下开通时，储存在开关器件结电容中的能量将以电流形式全部耗散在该开关器件内，开关频率越高，开通电流尖峰越大，从而导致开关器件过热损坏，由于开关器件不能快速开通或关断，导致效率低下，而且系统发热比较严重，不适合应用在大功率和高效率的场合。

综上所述，现有双向直流变换器电路拓扑中，开关器件不能快速开通或关断，导致双向直流变换器效率低下，而且发热严重。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供了一种对称双向直流变换器，用以解决现有技术中开关器件不能快速开通或关断的问题，提高双向直流变换器的效率，同时减小发热量。

本实用新型实施例提供的一种对称双向直流变换器，包括：隔离变压器以及对称连接在所述隔离变压器两边的原边电路和副边电路；所述原边电路，包括：与所述隔离变压器的原边相连接的原边桥式电路、与所述原边桥式电路相连接的直流滤波电容、连接在所述原边桥式电路与所述隔离变压器之间的箝位桥臂以及连接在所述原边桥式电路与所述箝位桥臂中两个开关器件共节点之间的谐振电路。

本实用新型实施例提供的上述对称双向直流变换器中，通过隔离变压器实现输入和输出的隔离，而且通过连接在原边桥式电路与箝位桥臂中两个开关器件共节点之间的谐振电路，避免了现有技术中开关管快速开通或关断时，产生的尖峰电压和尖峰电流损坏开关管的问题，实现了软开关，也即实现了开关管的快速开通或关断，提高了双向直流变换器的效率，同时减小发热量，另外，由于隔离变压器原边和副边的电路相对称，能量正向流动电路和能量反向流动电路可以共用部分电路，从而降低了设备成本和体积。

在一种可能的实施方式中，本实用新型实施例提供的上述对称双向直流变换器中，所述原边桥式电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管；所述第一开关管和所述第二开关管串联组成第一桥臂，所述第三开关管和所述第四开关管串联组成第二桥臂，所述第一桥臂和所述第二桥臂并联在所述直流滤波电容两端，且所述隔离变压器原边绕组的两端分别连接在所述第一桥臂和所述第二桥臂的中点。

在一种可能的实施方式中，本实用新型实施例提供的上述对称双向直流变换器中，所述箝位桥臂包括：第一开关器件和第二开关器件；所述第一开关器件和所述第二开关器件串联组成箝位桥臂，所述箝位桥臂与所述第一桥臂以及所述第二桥臂并联连接在所述直流滤波电容两端，且所述箝位桥臂的中点与所述隔离变压器原边绕组中的一端相连接。

在一种可能的实施方式中，本实用新型实施例提供的上述对称双向直流变换器中，所述谐振电路，包括：谐振电容和谐振电感，所述谐振电容和所述谐振电感串联连接在所述第一桥臂中点和所述箝位桥臂中点之间，或者所述谐振电容和所述谐振电感串联连接在所述第二桥臂中点和所述箝位桥臂中点之间。

在一种可能的实施方式中，本实用新型实施例提供的上述对称双向直流变换器中，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管和所述第四开关管为以下任意一种：金属氧化物半导体(Metal Oxide Semiconductor，MOS)场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)以及三极管，所述第一开关器件和所述第二开关器件为二极管。

附图说明

图1为现有技术中一种双向直流变换器的电路拓扑结构图；

图2为现有技术中另一种双向直流变换器的电路拓扑结构图；

图3为本实用新型实施例提供的一种对称双向直流变换器的电路拓扑结构图；

图4为本实用新型实施例提供的对称双向直流变换器中能量正向流动的电路拓扑结构图；

图5为本实用新型实施例提供的对称双向直流变换器中能量反向流动的电路拓扑结构图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型实施例提供的一种对称双向直流变换器的具体实施方式进行详细地说明。

本实用新型实施例提供的一种对称双向直流变换器，如图3所示，包括：隔离变压器302以及对称连接在隔离变压器302两边的原边电路和副边电路；原边电路，包括：与隔离变压器302的原边相连接的原边桥式电路304、与原边桥式电路304相连接的直流滤波电容306、连接在原边桥式电路304与隔离变压器302之间的箝位桥臂308以及连接在原边桥式电路304与箝位桥臂308中两个开关器件共节点之间的谐振电路310。

需要说明的是，本实用新型实施例提供的对称双向直流变换器为对称型，具体来说，本实用新型实施例提供的对称双向直流变换器的电路拓扑结构以隔离变压器为对称轴对称，由于本实用新型实施例提供的对称双向直流变换器中，原边电路，包括：与隔离变压器的原边相连接的原边桥式电路、与原边桥式电路相连接的第一直流滤波电容、连接在原边桥式电路与隔离变压器之间的第一箝位桥臂以及连接在原边桥式电路与第一箝位桥臂中两个开关器件共节点之间的第一谐振电路；因此，副边电路，包括：与隔离变压器的副边相连接的副边桥式电路、与副边桥式电路相连接的第二直流滤波电容、连接在副边桥式电路与隔离变压器之间的第二箝位桥臂以及连接在副边桥式电路与第二箝位桥臂中两个开关器件共节点之间的第二谐振电路，其中，第一直流滤波电容与第二直流滤波电容均为电容器件，此处仅用于区分两个不同的电容器件，与此类似，第一箝位桥臂和第二箝位桥臂、第一谐振电路和第二谐振电路也仅用于区分两个连接在不同位置处的电路结构。

下面仍以隔离变压器302的原边为例，对本实用新型实施例提供的对称双向直流变换器的电路结构进行详细说明。

本实用新型实施例提供的对称双向直流变换器中，原边桥式电路304包括第一开关管S11、第二开关管S12、第三开关管S13和第四开关管S14；第一开关管S11和第二开关管S12串联组成第一桥臂，第三开关管S13和第四开关管S14串联组成第二桥臂，第一桥臂和第二桥臂并联在直流滤波电容306(图3中示出的电容C11)两端，且隔离变压器302原边绕组的两端分别连接在第一桥臂和第二桥臂的中点。

本实用新型实施例提供的对称双向直流变换器中，箝位桥臂308包括：第一开关器件D21和第二开关器件D22；第一开关器件D21和第二开关器件D22串联组成箝位桥臂，箝位桥臂与第一桥臂以及第二桥臂并联连接在直流滤波电容306(图3中示出的电容C11)两端，且箝位桥臂的中点与隔离变压器302原边绕组中的一端相连接。

本实用新型实施例提供的对称双向直流变换器中，谐振电路310，包括：谐振电容C12和谐振电感L11，谐振电容C12和谐振电感L11串联连接在第一桥臂中点和箝位桥臂308中点之间，或者谐振电容C12和谐振电感L11串联连接在第二桥臂中点和箝位桥臂308中点之间。本实用新型实施例图3中示出的谐振电路310连接在第二桥臂中点和箝位桥臂308中点之间，当然，本领域技术人员应当理解的是，在本实用新型其它实施例中，谐振电路310也可以连接在第一桥臂中点和箝位桥臂308中点之间。

本实用新型实施例提供的对称双向直流变换器中，第一开关管S11、第二开关管S12、第三开关管S13和第四开关管S14为以下任意一种：金属氧化物半导体MOS场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管IGBT以及三极管，第一开关器件D21和第二开关器件D22为二极管。

本实用新型实施例提供的对称双向直流变换器中，通过隔离变压器实现输入和输出的隔离，而且通过连接在原边桥式电路与箝位桥臂中两个开关器件共节点之间的谐振电路，避免了现有技术中开关管快速开通或关断时，产生的尖峰电压和尖峰电流损坏开关管的问题，实现了软开关，也即实现了开关管的快速开通或关断，提高了双向直流变换器的效率，同时减小发热量，另外，由于隔离变压器原边和副边的电路相对称，能量正向流动电路和能量反向流动电路可以共用部分电路，从而降低了设备成本和体积。

本实用新型实施例提供的对称双向直流变换器，包括：能量正向流动的第一LLC谐振单元和能量反向流动的第二LLC谐振单元。其中，第一LLC谐振单元由原边谐振单元、隔离变压器和副边整流单元组成；第二LLC谐振单元由副边整流单元、隔离变压器和原边谐振单元组成，具体来说：

如图4所示，能量正向流动的第一LLC谐振单元由电容C11、开关管S11、S12、S13、S14、谐振电容C12、谐振电感L11、隔离变压器T0、开关器件D11、D12、开关管S23、S24、电容C21共同组成。其中，电容C11为能量正向流动的输入侧直流滤波单元；开关管S11、S12、S13、S14为能量正向流动的变压器原边开关单元；谐振电容C12、谐振电感L11、隔离变压器T0的原边绕组组成了能量正向流动的原边谐振单元；隔离变压器T0的副边、开关器件D11、D12、开关管S23、S24、电容C21共同组成了能量正向流动的副边整流单元。

如图5所示，能量反向流动的第二LLC谐振单元由电容C21、开关管S21、S22、S23、S24、谐振电容C22、谐振电感L21、隔离变压器T0、开关器件D21、D22、开关管S11、S12、电容C11共同组成。其中，电容C21为能量反向流动的输入侧直流滤波单元；开关管S21、S22、S23、S24为能量反向流动的变压器原边开关单元；谐振电容C22、谐振电感L21、隔离变压器T0的原边绕组组成了能量反向流动的原边谐振单元；隔离变压器T0的副边、开关器件D21、D22、开关管S11、S12、电容C11共同组成了能量反向流动的副边整流单元。

本实用新型实施例提供的对称双向直流变换器中，将能量正向流动的第一LLC谐振单元和能量反向流动的第二LLC谐振单元相结合，电容C11、开关管S11、S12、隔离变压器T0、开关管S23、S24、电容C21在能量正向流动的第一LLC谐振单元和能量反向流动的第二LLC谐振单元实现了共用，最大程度的降低了设备成本和体积。

综上所述，本实用新型实施例提供的一种对称双向直流变换器中，通过隔离变压器实现输入和输出的隔离，而且通过连接在原边桥式电路与箝位桥臂中两个开关器件共节点之间的谐振电路，避免了现有技术中开关管快速开通或关断时，产生的尖峰电压和尖峰电流损坏开关管的问题，实现了软开关，也即实现了开关管的快速开通或关断，提高了双向直流变换器的效率，同时减小发热量，另外，由于隔离变压器原边和副边的电路相对称，能量正向流动电路和能量反向流动电路可以共用部分电路，从而降低了设备成本和体积。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。