基于总线式均衡网络的隔离式均衡电路的正激变换器及其工作方法与流程

本发明涉及电子电路自动化控制领域，尤其涉及一种基于总线式均衡网络的隔离式均衡电路的正激变换器。

背景技术：

随着新能源应用的普及，更多的场合需要用到电池来作为电源，这就需要相关的电池管理技术来对电池进行均衡管理，从而使电池的效率达到最高，当前的均衡网络有电压式均衡、电感式均衡等，但是这样的均衡网络具有均衡效率不是很高、控制难度较大、要求有足够的电压差等缺点，而总线式均衡网络均衡效率高，结构也比较简单，但也存在一个缺点：能量只能逐级传递。这就会增加均衡网络的损耗，并降低均衡网络的速度。

均衡电路主要分为耗散型和非耗散型，耗散型是将多余的能量全部消耗在电阻上，这样这类型称为被动均衡，效率低，非耗散型是将多余能量通过电路转移，这种类型称为主动均衡，效率比较高。基于总线式均衡网络的隔离式均衡电路属于主动均衡。

均衡电路还可以分为隔离式和非隔离式，非隔离式的均衡电路输入输出没有进行电气隔离，这使得当输入或者输出受到干扰或影响时，此干扰或影响很容易通过电路传到电路的另一端，对整个均衡网络也造成一定影响，隔离式的均衡电路则不存在这类问题，因为其对输入和输出进行了电气隔离，当一端受到破坏时，可以很好地保护另一端，不至于使得整个均衡网络都因此而受到很大影响。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别是创新地提出了一种基于总线式均衡网络的隔离式均衡电路的正激变换器。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种基于总线式均衡网络的隔离式均衡电路，其关键在于，包括第一电感、第二电感、第三电感、第一电容、第二电容、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、变压器；

所述第一电容一端连接输入电源的正极，以及所述第一电感的一端，所述第一电容另一端连接第二MOS管漏极，所述第一电感的另一端连接变压器一次侧输入端，以及所述第二电感的一端，所述第二电感的另一端连接第一MOS管漏极，所述第一MOS管源极连接输入电源负极，所述第二MOS管源极连接变压器一次侧输出端；所述第二电容一端连接输出电源的正极，以及第三电感的一端，所述第二电容另一端连接输出电源的负极以及第四MOS管的源极，所述第三电感的另一端连接第三MOS管漏极以及第四MOS管漏极，所述第三MOS管的源极连接变压器二次侧输入端，所述所述第四MOS管源极连接变压器二次侧输出端。

上述技术方案的有益效果：该均衡方案采用了变压器，对电路进行了隔离，各均衡电路可以实现独立工作，相互干扰很小，整个均衡网络的容错率更高；该均衡电路完全对称，能量双向流动性分析完全一致。

所述的基于总线式均衡网络的隔离式均衡电路，优选的，还包括：所述第一二极管的负极连接第一MOS管漏极，所述第二二极管的正极连接第二MOS管源极，所述第二二极管的负极连接第二MOS管漏极，所述第三二极管的正极连接第三MOS管源极，所述第三二极管的负极连接第三MOS管漏极，所述第四二极管的正极连接第四MOS管源极，所述第四二极管的负极连接第四MOS管漏极；

上述技术方案的有益效果为：所述第一二极管和第二二极管能够提高相应MOS管的开关速度，并提供反向续流电路，所述第三二极管和第四二极管能够提高相应MOS管的开关速度，并提供反向续流电路。

综上所述，由于采取上述技术方案，本发明的有益效果是：

1该均衡方案采用变压器，对电路进行了隔离，各均衡电路可以实现独立工作，相互干扰很小，整个均衡网络的容错率更高；

2每个MOS管开关速度较快，且具有反向续流通道。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明基于总线式均衡网络的隔离式均衡电路连接示意图；

图2是本发明基于总线式均衡网络的隔离式均衡电路工作第一阶段电流走向；

图3是本发明基于总线式均衡网络的隔离式均衡电路工作第二阶段电流走向；

图4是本发明基于总线式均衡网络的隔离式均衡电路工作的波形图；

图5是本发明基于总线式均衡网络的隔离式均衡电路第一阶段等效电路；

图6是本发明基于总线式均衡网络的隔离式均衡电路第二阶段等效电路；

图7是本发明基于总线式均衡网络的隔离式均衡电路的充放电示意图；

图8是本发明基于总线式均衡网络的隔离式均衡电路应用在总线式结构中的电路示意图；

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1-图8所示，本发明提供了一种基于总线式均衡网络的隔离式均衡电路的正激变换器，其关键在于，包括第一电感、第二电感、第三电感、第一电容、第二电容、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、变压器；

所述第一电容一端连接输入电源的正极，以及所述第一电感的一端，所述第一电容另一端连接第二MOS管漏极，所述第一电感的另一端连接变压器一次侧输入端，以及所述第二电感的一端，所述第二电感的另一端连接第一MOS管漏极，所述第一MOS管源极连接输入电源负极，所述第二MOS管源极连接变压器一次侧输出端；所述第二电容一端连接输出电源的正极，以及第三电感的一端，所述第二电容另一端连接输出电源的负极以及第四MOS管的源极，所述第三电感的另一端连接第三MOS管漏极以及第四MOS管漏极，所述第三MOS管的源极连接变压器二次侧输入端，所述第四MOS管源极连接变压器二次侧输出端。

上述技术方案的有益效果：该均衡方案采用了变压器，对电路进行了隔离，各均衡电路可以实现独立工作，相互干扰很小，整个均衡网络的容错率更高；该均衡电路完全对称，能量双向流动性分析完全一致。

所述的基于总线式均衡网络的隔离式均衡电路，优选的，还包括：所述第一二极管的负极连接第一MOS管漏极，所述第二二极管的正极连接第二MOS管源极，所述第二二极管的负极连接第二MOS管漏极，所述第三二极管的正极连接第三MOS管源极，所述第三二极管的负极连接第三MOS管漏极，所述第四二极管的正极连接第四MOS管源极，所述第四二极管的负极连接第四MOS管漏极；

上述技术方案的有益效果为：所述第一二极管和第二二极管能够提高相应MOS管的开关速度，并提供反向续流电路，所述第三二极管和第四二极管能够提高相应MOS管的开关速度，并提供反向续流电路。

所述的基于总线式均衡网络的隔离式均衡电路对电池进行均衡管理，需要使其工作在连续模式，所有电感在平衡状态时始终有电流流过；

以V1作为输入，V2作为输出为例进行分析，在此工作方向的情况下，所述的第一MOS管和第一二极管、所述第二二极管、第三二极管、所述的第四二极管处于正常的周期性开关状态；所述的第二MOS管和第三MOS管和第四MOS管始终处于关闭状态。

设T为一个开关周期，t1为一个开关周期内第一MOS管道通时间，变压器一次侧匝数为N1，二次侧匝数为N2，并假设变压器是理想变压器，且所述第一电容和第二电容较大，两个电容两边的电压脉动足够小，可以视为恒值；

所述的隔离式的均衡电路共有两种工作模态；

第一阶段，变压器一次侧主开关第一MOS管S1开通，变压器二次侧第三二极管导通，输入电源对第一电感、第二电感进行充电，同时向变压器二次侧释放能量，同时对第三电感和第二电容进行充电；

第二阶段，变压器一次侧主开关第一MOS管S1关闭，第二二极管导通，变压器二次侧第三二极管截止，第四二极管导通，变压器二次侧第三电感和第二电容释放能量，经过第四二极管进行续流，同时在变压器一次侧，第一电容和第一电感以及第二二极管构成励磁复位电路，变压器励磁电流经复位电路流向电源，使变压器磁芯复位。

通过开关管开通与关断期间的伏－秒平衡，可得第一电容两端电压为：

若假设励磁复位电路工作理想，则变压器一次侧平均电压有效值为

VT1＝D·V1

在变压器二次侧在两个阶段分别列写电压回路方程，在第一阶段有：

在第二阶段有

通过通过开关管开通与关断期间的伏－秒平衡，由于理想变压器一次侧与二次侧的电压关系式为

则在输出电感电流连续的情况下，即开通第一MOS管S1的时候电感的电流不为0，则输出电压与输入电压之比为

V2＝1/N·D·V1

在总线式均衡网络中，电池通过均衡电路与能量传输总线连接，可实现能量在总线和电池上双向传递，多余能量的转移只需要经过两次均衡电路，提高了均衡效率和均衡速度。另外总线式均衡网络使得电池组的扩展便捷，对于应对电池组实际需求相当有效。

本发明的有益效果是：

1该均衡方案采用变压器，对电路进行了隔离，各均衡电路可以实现独立工作，相互干扰很小，整个均衡网络的容错率更高；

2每个MOS管开关速度较快，且具有反向续流通道。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。