r>[0018]其中，升降压单元由两个功率开关和两个电容组成，两个电容上下串联，上方开关管的源极作为第一端口，上方电容与开关管的漏极的结点作为第二端口，下方电容与下方开关的源极的结点作为第三端口，下方开关管的漏极作为第四端口。
[0019]各功率开关的栅极分别接各自的控制器。
[0020]根据能量流动方向的不同，可以将电路分为两种工作方式:
1):升压模式:根据功率开关状态不同分为以下3种工作状态:
模态1:控制器控制功率开关Sa、Sb导通，此时低压电源Vl通过功率开关Sa和功率开关Sb分别向电感LI和电感L2充电；电容C3和C4给此时的高压直流源V2充电；功率开关S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8 均关断。
[0021]模态2:控制器控制功率开关Sa导通，Sb关断，S2、S6、S3、S7体二极管导通。此时电感L2的电流一部分通过开关管S2及低压输入电源Vl向电容C2充电，一部分通过电容C4、开关管S6、开关管Sa及低压电源Vl向电容C6充电，一部分通过电容Cl、开关管S3、开关管Sa及低压电源Vl向电容C3充电，另一部分通过电容C5、开关管S7、开关管Sa及低压电源Vl向电容C7充电，一部分流经电容C5、开关管S7、电容C8，该过程中低压输入电源V1、电感L2、电容C4、C1、C5、C8均处于放电状态，电容C2、C6、C3、C7处于充电状态；此时功率开关Sa保持开通状态，低压电源Vl通过功率开关Sa向电感LI充电。
[0022]模态3:控制器控制功率开关Sb导通，Sa关断，S1、S4、S5、S8体二极管导通。此时电感LI的电流一部分通过开关管SI及低压电源Vl向电容Cl充电，一部分通过电容C2、开关管S4、Sb及低压电源Vl向电容C4充电，一部分通过电容C3、开关管S5、开关S2及低压电源Vl向电容C5充电，另一部分通过电容C6、开关管S8、开关Sb及低压电源Vl向电容C8充电，一部分流经电容C7、开关管S8、电容C6，该过程中低压电源V1、电感L1、电容C2、C6、C3、C7处于放电状态，电容C4、Cl、C5、C8均处于充电状态；此时功率开关Sb保持开通状态，低压电源Vl通过功率开关Sb向电感L2充电。
[0023]
2)、降压模式:根据功率开关状态不同分为以下3种工作状态: 模态1:控制器控制功率开关S2、S3、S6、S7导通，S1、S4、S5、S8关断，Sa的体二极管导通，Sb关断。LI的电流经Sa向输出电容CO和低压电源Vl放电；L2的电流一部分经S2向C2充电，一部分通过S3、Cl向C3充电，一部分通过S6、C4向C6充电，同时另一部分流经S7、C5、C8及高压电源V2向C7充电，在这一过程中，高压电源V2、L1、Cl、C4、C5、C8放电，L2、C2、C3、C6、C7充电，高压电源V2给电容Cl、C2充电。
模态2:控制器控制功率开关S1、S3、S5、S7、S2、S4、S6、S8关
断，Sa和Sb的体二极管导通。该模态，电感L1、L2给电容CO和低压电源Vl充电。
[0024]模态3:控制器控制功率开关S1、S4、S5、S8导通，S2、S3、S6、S7关断，Sb的体二极管导通，Sa关断。L2的电流经Sb向输出电容CO和低压电源Vl放电；L1的电流一部分经SI向Cl充电，一部分通过S4、C2向C4充电，一部分通过S5、C3向C5充电，同时另一部分通过S8、C6、C7及高压电源V2向C8充电，在这一过程中，L1、C1、C4、C5、C8充电，L2、C2、C3、C6、C7放电，高压电源V2给电容Cl、C2充电。
[0025]综上所述，本发明所提变换器既可以将电压从较低值升为较高值，又可以将高压变换为较低的电压，实现了能量的双向流动，同时具备开关器件电压应力低的优点。
【主权项】
1.一种低电压应力双向DC/DC变换器，其特征在于，包含第一电感L1、第二电感L2、功率开关Sa、功率开关Sb，电容CO、低压直流源V1、高压直流源V2和η个升降压单元；其特征在于， 第一电感LI和第二电感L2的输入端、电容CO的上端同时接低压直流源Vl的正极，第一电感LI和第二电感L2的输出端分别接两个功率开关Sa、Sb的漏极，电容CO的下端、低压直流源Vl的负极与功率开关Sa、功率开关Sb的源极相连； 第一电感LI的输出端接第一个升降压单元的第一接口，同时接第偶数次个升降压单元的上下两个电容之间的节点； 第二电感L2的输出端接第奇数次个升降压单元的上下两个电容之间的节点； 第η个单元的第二、三个端口分别作为变换器输出端的正极和负极，与高压直流源V2的正负极相连； 第一个升降压单元的第二端口接第二个升降压单元的第一端口，第一个升降压单元的第三端口接第二个升降压单元的第四端口，第二个升降压单元的第二端口接第三个升降压单元的第一端口，第二个升降压单元的第三端口接第三个升降压单元的第四端口，以次类推，直到η个升降压单元； 其中，升降压单元由两个功率开关和两个电容组成，两个电容上下串联，上方功率开关的源极作为第一端口，上方电容与功率开关的漏极的结点作为第二端口，下方电容与下方功率开关的源极的结点作为第三端口，下方功率开关的漏极作为第四端口 ； 各功率开关的栅极分别接各自的控制器； η为自然数，取值范围为η 3 I。2.根据权利要求1所述一种低电压应力双向DC/DC变换器，其特征在于，升压模式时，功率开关Sa、功率开关Sb驱动相位之间相差180° ;降压模式时，奇数次功率开关和偶数次功率开关驱动相位之间相差180°。3.如权利要求1~2所述任意一种低电压应力双向DC/DC变换器，其特征在于，在变换器输入输出电压相差较大、且需要实现能量双向流动中的应用。
【专利摘要】一种低电压应力双向DC/DC变换器，包含两个功率电感，两个功率开关，两个直流源和n个升降压单元，其中左端为低压直流源，右端为高压直流源；该拓扑可以实现能量的双向流动，即当左端的低压直流源作为输入源时，电路可作为一个升压变换器，将较低的直流电压转换为高压，当右端的高压直流源作为输入源时，此时电路可以作为一个升压变换器，将已知高压变换为所需低压；其中，当作为升压变换器时，升降压单元中的开关管可视为二极管；同理，当作为降压变换器时，输入侧两个开关管可视为两个二极管；该拓扑主要用于输入输出电压变化比较大的场合；与现有的双向变换器相比，本发明电路拓扑、变换器控制器设计及实现方案简单，不含有变压器及耦合电感，EMI特性好。本发明电路拓扑简单，并且可以大幅降低开关器件的电压应力，变换器整体工作效率得到了提高。
【IPC分类】H02M3/07
【公开号】CN105119486
【申请号】CN201510612655
【发明人】邾玢鑫, 任路路, 吴袭, 吴昊, 马鹏姬
【申请人】三峡大学
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年9月23日