一种移相全桥充电电路的制作方法

1.本实用新型涉及光伏发电储能技术领域，尤其是指一种移相全桥充电电路。


背景技术：

2.在可再生能源的发展中，光伏能源作为一种重要的组成部分，近十多年来在国内得到了长足的发展。从全球范围内来看，相关技术迅猛发展，光伏成本逐步下降，光伏装机总量显著提高。储能系统能够保障光伏发电的稳定运行，原理主要包括三个方面：其一，在光伏发电能量不稳定的情况下，作为能量缓冲装置保证能量供需流动的平衡，增强系统的抗干扰能力；其二，储能系统的存在，一定程度上改善了提供给负载和电网能量的质量，提升了系统的可靠性；最后，储能系统的引入大大增加了电网能量调度的手段，使得光伏电能的使用效率大大提高。
3.光伏发电是一种产生清洁可持续能源的技术，光伏发电过程存在光伏电能、电网、负载和蓄电池的能量转换。因此，当光伏发电充足时，设计本移相全桥电路实现母线电压的降压供给蓄电池充电，能够保证电能输出稳定性，提高能源利用率，具有重要的应用价值。


技术实现要素：

4.本实用新型针对现有技术的问题提供一种移相全桥充电电路，结构简单、新颖，设计元器件较少，电路简单便于设计和搭建；实现开关管的软开关控制，相比于普通的硬开关电路，有效地降低了开关管开关过程中的损耗，还能有效提高功率电路的稳定性能和电能转换效率。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
6.本实用新型提供的一种移相全桥充电电路，包括蓄电池、输出变压器t2、谐振电感l2、二极管d5、二极管d6、电感l3、电容c0、第一功率开关件、第二功率开关件、第三功率开关件和第四功率开关件，第一功率开关件、第二功率开关件、第三功率开关件和第四功率开关件分别并联有电容c1、电容c2、电容c3和电容c4；
7.第一功率开关件与第二功率开关件连接后与所述谐振电感l2的一端连接，谐振电感l2的另一端与输出变压器t2原边的一端连接，第三功率开关件与第四功率开关件连接后与所述输出变压器t2原边的另一端连接；第一功率开关件和第二功率开关件连接后与第三功率开关件和第四功率开关件连接后并联；
8.输出变压器t2副边的两端分别与二极管d5的阳极、二极管d6的阳极连接，二极管d5的阴极与二极管d6的阴极连接后与电感l3的一端连接，电感l3的另一端与蓄电池的正极连接，蓄电池的负极与输出变压器t2的原边连接，电容c0与蓄电池并联。
9.其中，所述第一功率开关件包括开关管s1以及与开关管s1反并联的二极管d1。
10.其中，所述第二功率开关件包括开关管s2以及与开关管s2反并联的二极管d2。
11.其中，所述第三功率开关件包括开关管s3以及与开关管s3反并联的二极管d3。
12.其中，所述第四功率开关件包括开关管s4以及与开关管s4反并联的二极管d4。
13.本实用新型的有益效果：
14.本实用新型结构简单、新颖，设计元器件较少，电路简单便于设计和搭建；第一功率开关件、第二功率开关件、第三功率开关件和第四功率开关件分别并联有电容c1、电容c2、电容c3和电容c4，配合谐振电感l2，实现软开关功能，本实用新型的充电电路将母线电压从400v左右降到50v左右给蓄电池进行充电通过增加谐振电感l2实现开关管的软开关控制，相比于普通的硬开关电路，有效地降低了开关管开关过程中的损耗，还能有效提高功率电路的稳定性能和电能转换效率。
附图说明
15.图1为本实用新型的一种移相全桥充电电路的电路原理图。
16.图2为本实用新型的移相全桥充电电路的开关管的驱动波形图。
17.图3为本实用新型的工作模式一的电路原理图。
18.图4为本实用新型的工作模式二的电路原理图。
19.图5为本实用新型的工作模式三的电路原理图。
20.图6为本实用新型的工作模式四的电路原理图。
21.图7为本实用新型的工作模式五的电路原理图。
22.图8为本实用新型的工作模式六的电路原理图。
23.图9为本实用新型的工作模式七的电路原理图。
具体实施方式
24.为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本实用新型作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本实用新型的限定。以下结合附图对本实用新型进行详细的描述。
25.一种移相全桥充电电路，如图1所示，包括蓄电池、输出变压器t2、谐振电感l2、二极管d5、二极管d6、电感l3、电容c0、第一功率开关件、第二功率开关件、第三功率开关件和第四功率开关件，第一功率开关件、第二功率开关件、第三功率开关件和第四功率开关件分别并联有电容c1、电容c2、电容c3和电容c4；
26.第一功率开关件与第二功率开关件连接后与所述谐振电感l2的一端连接，谐振电感l2的另一端与输出变压器t2原边的一端连接，第三功率开关件与第四功率开关件连接后与所述输出变压器t2原边的另一端连接；第一功率开关件和第二功率开关件连接后与第三功率开关件和第四功率开关件连接后并联；
27.输出变压器t2副边的两端分别与二极管d5的阳极、二极管d6的阳极连接，二极管d5的阴极与二极管d6的阴极连接后与电感l3的一端连接，电感l3的另一端与蓄电池的正极连接，蓄电池的负极与输出变压器t2的原边连接，电容c0与蓄电池并联。
28.具体地，本实用新型结构简单、新颖，设计元器件较少，电路简单便于设计和搭建；第一功率开关件、第二功率开关件、第三功率开关件和第四功率开关件分别并联有电容c1、电容c2、电容c3和电容c4，配合谐振电感l2，实现软开关功能，本实用新型的充电电路将母线电压从400v左右降到50v左右给蓄电池进行充电通过增加谐振电感l2实现开关管的软开关控制，相比于普通的硬开关电路，有效地降低了开关管开关过程中的损耗，还能有效提高
功率电路的稳定性能和电能转换效率。
29.具体地，移相全桥的输入电压v
in
为400v左右的母线电压u
bus
，输出vo为给蓄电池的充电电压；充电电路将母线电压从400v左右降到50v左右给蓄电池进行充电。
30.本实施例所述的一种移相全桥充电电路，所述第一功率开关件包括开关管s1以及与开关管s1反并联的二极管d1。其中，所述第二功率开关件包括开关管s2以及与开关管s2反并联的二极管d2。其中，所述第三功率开关件包括开关管s3以及与开关管s3反并联的二极管d3。其中，所述第四功率开关件包括开关管s4以及与开关管s4反并联的二极管d4。具体地，开关管s1、s2、s3和s4均为n型增强型场效应管fqa24n60；二极管d1、d2、d3和d4为二极管apt30dq60bg，以此作为整流器件。
31.本实施例中，参见图2为移相全桥充电电路的开关管的驱动波形图，其展示了移相全桥电路拓扑的驱动波形以及不同时间段的ab点间的电压。同一桥臂上的开关管不能同时导通，留下足够的死区时间防止短路；对角桥臂开关管不能同时导通和关断，否则无法实现对输出电压的控制。因此，移相全桥拓扑工作时将超前桥臂的开通比滞后桥臂提前一段时间，其大小用移相角α来表示。
32.通过改变移相角的大小，可以改变ab两点间输出电压方波的占空比大小，从而实现对输出电压vo的控制。
33.参见图3至图9，根据图2的开关管的驱动波形图，将其工作状态分成相应的不同阶段。在移相全桥的工作过程中，前半个周期和后半个周期的工作状态相反。因此为了简化分析，只对移相全桥前半个周期的工作模式进行分析，图3至图9所示为移相全桥的各种工作模式下的电流流动方向。
34.(a)工作模式一：
35.在0～t0时间之内，开关管s1与s4导通，此时母线能量按照图3标箭头的路径给副边的蓄电池传递能量。电流方向从母线流入，流过开关管s1
→
谐振电感l2
→
输出变压器t2的原边电感
→
开关管s4，回到能量源。能量传递到副边后通过d6二极管整流输出到蓄电池。在能量传递的过程中，原边的电流i
p
逐渐增加。在理想情况下进行分析，开关管开通的过程中，两端电压接近于0，此时电容c1和c4电压为0，而电容c2与c3电压大小等于输入电压v
in
。此时ab两点间电压u
ab
为v
in
(即为母线电压u
bus
)。
36.(b)工作模式二：
37.在t0～t1时间之内，开关管s1关闭，s4继续导通，此时母线能量按照图4标箭头的路径给副边的蓄电池传递能量。原边电流i
p
从开关管s1中转移，在电容c1与c2中流动。c1在之前时间段的电压大小为0，在这一阶段，其两端电压会线性上升，而c2在这一过程中会持续放电。在这一过程中，ab间的电压也会逐步降低，直到0为止。c2放电的时间长短与输入电压v
in
、电容c2值以及原边电流大小有关，其值为2
×vin
×
c2/i
p
.。为了实现软开关，必须保证在开关管s2开通前电压能够降为零，因此要保证开关管死区时间大于2
×vin
×
c2/i
p
。如图2-9所示，在t1时刻c2两端电压降为0，因此，要保证s2开通要在t1时刻之后。在原边电流保持正向流动的过程中，其电流大小基本保持不变。同时副边还是和工作模式一同样通过d6二极管整流。在t1时刻之后，c2两端电压降为零，电流从二极管d2中进行续流。
38.(c)工作模式三：
39.在t1～t2时间内，开关管s4继续导通，在t2时刻开关管s4关断，这一阶段结束。将s2
开通前后分为两个阶段，但是工作模式是不变的，均如图5所示进行电流流动。在t1时间之后，开关管s2还未开始导通，在这一阶段，c2两端电压已经逐步降为0，但是死区时间还未完全结束。由于谐振电感的电流不能突变，此时电流自动通过二极管d2开始续流。在开关管s2开通后，由于开关管被短路，电流仍然从二极管d2中续流。在这段时间内，没有外部电源供给能量，原边回路中的电流大小下降。在这一阶段，变压器ab间的电压大小为0，因此，副边的电压也为0。但是由于滤波电感l3的存在，其内部存储的能量保证副边电路中仍存在着通过d6二极管的电流。
40.(d)工作模式四：
41.在t2～t3时间内，移相全桥的电流流动如图6所示进行。在t2时刻，开关管s4关闭。由于电容c4的存在，电容两端电压不能突变，因此能够实现开关管s4的软关断。在t2时刻之后，原边电流的流经路径改变，在b点分为两路，一路给电容c4充电，让s4两端电压缓慢抬高，另外一路经过电容c3。在这一过程中，b点的电压不断被抬高，ab点间的电压大小变为负值，其绝对值等于电容c4两端的电压。在b点电压不断抬高的过程中，变压器的原边电压变为负值，在电压的影响下，副边的整流回路d5被导通。而前一个阶段，由于电感续流的影响，二极管d6仍在继续导通，因此在这一阶段，副边的两个二极管是同时在工作的。
42.为了保证软开关的实现，要确保在这一时间段内，c3能够放电完毕，两端电压能够降为0。而c4两端电压能够充电至输入电压v
in
的大小。因此，要保证t
3-t2小于s3和s4间的死区时间。
43.(e)工作模式五：
44.在t3～t4时间之内，其工作模式中电流流动如图7所示进行。在此种模式下，c3两端电压已经在t3时刻降为0。此时，为了保证电流不能突变，只能通过二极管d3进行续流。在这一段时间内，开关管s3导通，期间其两端电压为0，由此实现了开关管s3的零电压开通。这段时间内ab点间的电压为-v
in
，在ab间负电压的影响下，由电感的电流方程ldi/dt＝v
in
可以得知，原边电流会迅速降为0。在原边电流降为0时刻即为t4。通过图(e)可以看出，这段时间内的电流流向是将能量反馈给电源。
45.(f)工作模式六：
46.在t4～t5时间内，开关管s2与开关管s3导通，电路中的电流流动如图8所示进行。原边电流在t4时刻已经降为0，而此时ab间电压仍为负压。此时，原边电流逐渐增大，但是电流大小还不足以提供给负载足够的能量。因此，在这个时间段内，变压器的副边电流流向和之前工作模式相比较仍没有变化。在这段时间内，原边的电感电流逐渐反向增大，直至能够给负载提供足够能量，到t5时刻，副边的二极管d6关闭。
47.(g)工作模式七
48.在t5～t6时间内，开关管s2与开关管s3导通，此模态下的电流流动如图9所示。在t5时刻，原边电流大小已经增大到足够给负载提供足够的能量，此时副边不再需要d6续流，二极管d6截止。副边电流流经二极管d5和滤波电感l3输出能量给负载。在这一阶段内，谐振电感上电压的绝对值小于输入电压v
in
，因此此阶段电流的增长速度降低。
49.以上所述，仅是本实用新型较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当利用上述揭示的技术内容作出
些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。