一種雙向升降壓斬波電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及斬波電路技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雙向升降壓斬波電路。
【背景技術(shù)】
[0002] DC/DC變換器用于驅(qū)動(dòng)反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載（如蓄電池、超級(jí)電容、直流電機(jī)等）時(shí)，常 需要進(jìn)行能量雙向傳輸，如驅(qū)動(dòng)蓄電池、超級(jí)電容負(fù)載時(shí)，既要求能夠使外部電源能對(duì)其充 電，又要求可使其向外部放電；又如驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)負(fù)載時(shí)，常需要使電機(jī)既可電動(dòng)運(yùn)行，又 可再生制動(dòng)運(yùn)行，將能量回饋電源。
[0003] 為了能夠使DC/DC變換器實(shí)現(xiàn)雙向能量傳輸，一種方案是采用直接的方式，將兩 臺(tái)單向DC/DC變換器反并聯(lián)連接，同時(shí)使得兩臺(tái)DC/DC變換器不同時(shí)工作，以此實(shí)現(xiàn)能量的 雙向傳輸，但采用該類方式時(shí)，一臺(tái)DC/DC變換器工作時(shí)，另一臺(tái)DC/DC變換器被閑置，其一 方面資源利用率低；另一方面，采用分時(shí)工作的DC/DC變換器所構(gòu)成的儲(chǔ)能系統(tǒng)的空間體 積大、系統(tǒng)成本較高，且能量流動(dòng)方向的切換控制非常復(fù)雜；另一種方案，是由雙向DC/DC 變換器通過一個(gè)變換器來達(dá)到兩個(gè)變換器的功能，控制能量雙向流動(dòng)，使系統(tǒng)總器件數(shù)目 變少，從而減小系統(tǒng)體積和成本、提高功率密度，且可更快速方便地實(shí)現(xiàn)能量流動(dòng)方向的切 換。
[0004] 雙向Buck/Boost電路、雙向Buck-Boost電路、雙向Cuk電路、雙向Sepic/Zeta電 路是目前較為常用的四種兼具降壓功能和升壓功能的斬波電路拓?fù)?，這些電路拓?fù)潆m然也 能夠?qū)崿F(xiàn)能量雙向流動(dòng)，但雙向Buck/Boost電路不能在一個(gè)方向上實(shí)現(xiàn)升壓和降壓功能， 而且開關(guān)管要承受2?的電壓應(yīng)力，其他三種雙向DC/DC拓?fù)潆m可以單方向?qū)崿F(xiàn)升壓和降 壓功能，但開關(guān)管要承受UJU 2的電壓應(yīng)力，在高壓場(chǎng)合使用受限。
[0005] Buck-Boost電路、Cuk電路、Sepic電路、Zeta電路是目前較為常用的四種兼具降 壓功能和升壓功能的斬波電路拓?fù)洌鐖D1、2所示，以Buck-Boost電路、Cuk電路為例，目 前的升降壓斬波電路拓?fù)渚嬖谝韵聠栴}：
[0006] 1)只能在一個(gè)方向上實(shí)現(xiàn)升壓和降壓功能，不能夠?qū)崿F(xiàn)雙方向上的升降壓功能；
[0007] 2)電路拓?fù)渲虚_關(guān)管需要承受較高的電壓應(yīng)力，其中，Buck-Boost電路中開關(guān)管 需要承受2? (U1為輸入電壓）的電壓應(yīng)力，其它三種升降壓斬波電路拓?fù)渲虚_關(guān)管則需要 承受UfU2(U 2為輸出電壓）的電壓應(yīng)力；因此這些電路拓?fù)鋺?yīng)用在高壓場(chǎng)合中均會(huì)受到一 定的限制，若采用更高電壓等級(jí)的開關(guān)管來解決該問題，又必然會(huì)造成產(chǎn)品成本的增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一 種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能夠?qū)崿F(xiàn)能量的雙向傳輸，同時(shí)能夠在兩個(gè)傳輸方向上均實(shí)現(xiàn)升降壓功能，且 電路中開關(guān)管以及儲(chǔ)能電容所承受的電壓應(yīng)力低的雙向升降壓斬波電路。
[0009] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：
[0010] -種雙向升降壓斬波電路，包括第一斬波支路、第二斬波支路、第一儲(chǔ)能電容C3、 第二儲(chǔ)能電容C4、第一濾波電容Cl、第二濾波電容C2以及儲(chǔ)能電感L，第一斬波支路的一端 連接第一電源仏端的正極，另一端連接第二電源U 2的負(fù)極，所述第二斬波支路的一端連接 第一電源仏端的負(fù)極，另一端連接第二電源1]2端的正極；所述第一斬波支路、第二斬波支路 均包括兩個(gè)具有相同連接極性的開關(guān)管，且所述第一斬波支路與所述第二斬波支路中開關(guān) 管的連接極性相反，每個(gè)所述開關(guān)管反并聯(lián)有二極管；
[0011] 所述第一儲(chǔ)能電容C3的一端與第一電源U1端的正極連接，另一端與第二電源U 2 端的正極連接；所述第二儲(chǔ)能電容C4的一端與第一電源U1端的負(fù)極連接，另一端與第二電 源1]2端的負(fù)極連接；所述儲(chǔ)能電感L的一端連接在所述第一斬波支路的兩個(gè)開關(guān)管之間， 另一端連接在所述第二斬波支路的兩個(gè)開關(guān)管之間；所述第一濾波電容Cl和第二濾波電 容C2分別設(shè)置在第一電源仏端、第二電源U 2端。
[0012] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：每個(gè)所述開關(guān)管并聯(lián)連接有一個(gè)保護(hù)電路。
[0013] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：還包括設(shè)置在輸入端的輸入濾波電路。
[0014] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：還包括設(shè)置在輸入端正極母線上的軟啟動(dòng)電路。
[0015] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述開關(guān)管采用IGBT開關(guān)管、IPM開關(guān)管以及MOS開 關(guān)管中的一種。
[0016] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述第一斬波支路、第二斬波支路分別采用一個(gè)雙管 IGBT橋模塊。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0018] 1)本發(fā)明雙向升降壓斬波電路由兩條斬波支路，可工作于正向升降壓DC/DC變換 模式以及反向升降壓DC/DC變換模式，由該兩種工作模式交替即可實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)， 因而能夠在實(shí)現(xiàn)雙向DC/DC變換的基礎(chǔ)上，在每個(gè)變換方向上兼具升壓和降壓功能，尤其 適用于能量需要雙向傳輸且輸出電壓變化范圍寬的場(chǎng)合；
[0019] 2)本發(fā)明雙向升降壓斬波電路，不僅可以實(shí)現(xiàn)能量的雙向傳輸，且能夠使得 電路中開關(guān)管所承受的電壓應(yīng)力僅為（UfU 2)/2,濾波電容C3、C4所承受的電壓應(yīng)力為 |υ「υ2|/2,極大的降低了開關(guān)管、濾波電容所承受的電壓應(yīng)力，因此能夠適用于能量雙向傳 輸及更高電壓和場(chǎng)合；同時(shí)由于電路中每條斬波支路的兩個(gè)開關(guān)管是交替導(dǎo)通和關(guān)斷的， 提高了系統(tǒng)的開關(guān)頻率，降低了儲(chǔ)能電感的體積和容量，以及減少了輸出電壓的脈動(dòng)。
【附圖說明】
[0020] 圖1是現(xiàn)有的雙向Buck/Boost電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖2是現(xiàn)有的雙向Cuk電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖3是本發(fā)明實(shí)例1中雙向升降壓斬波電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例2中雙向升降壓斬波電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例3中雙向升降壓斬波電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 以下結(jié)合說明書附圖和具體優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但并不因此而 限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0026] 實(shí)施例1 :
[0027] 如圖3所示，本實(shí)施例雙向升降壓斬波電路，包括第一斬波支路、第二斬波支路、 第一儲(chǔ)能電容C3、第二儲(chǔ)能電容C4、第一濾波電容Cl、第二濾波電容C2以及儲(chǔ)能電感L，第 一斬波支路的一端連接第一電源仏端的正極，另一端連接第二電源U 2的負(fù)極，第二斬波支 路的一端連接第一電源仏端的負(fù)極，另一端連接第二電源U 2端的正極。第一斬波支路、第 二斬波支路均包括兩個(gè)具有相同連接極性的開關(guān)管，且第一斬波支路與第二斬波支路中開 關(guān)管的連接極性相反，每個(gè)開關(guān)管反并聯(lián)有二極管。第一儲(chǔ)能電容C3的一端與第一電源U 1 端的正極連接，另一端與第二電源仏端的正極連接；第二儲(chǔ)能電容C4的一端與第一電源U i 端的負(fù)極連接，另一端與第二電源4端的負(fù)極連接；儲(chǔ)能電感L的一端連接在第一斬波支 路的兩個(gè)開關(guān)管之間，另一端連接在第二斬波支路的兩個(gè)開關(guān)管之間；第一濾波電容Cl和 第二濾波電容C2分別設(shè)置在第一電源仏端、第二電源U 2端。本實(shí)施例由每一條斬波支路對(duì) 應(yīng)一個(gè)方向上的DC/DC變換工作模式，每條斬波支路中兩個(gè)開關(guān)管控制實(shí)現(xiàn)升、降壓功能， 同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)傳輸方向上的升、降壓功能。
[0028] 本實(shí)施例開關(guān)管具體采用IGBT開關(guān)管，第一儲(chǔ)能電容C3、第二儲(chǔ)能電容C4采用無 極電容，如圖3所示，第一斬波支路包括第一開關(guān)管Vl、第二開關(guān)管V2，第二斬波支路包括 第三開關(guān)管V3、第四開關(guān)管V4,與各開關(guān)管反并聯(lián)的二極管分別為第一二極管Dl~第四二 極管D4,第一電源U 1端為輸入端、第二電源U 2為輸出端，且U i、U2互為電源端和負(fù)載端。從 圖中可知，本實(shí)施例雙向升降壓斬波電路從輸入端到輸出端、與從輸出端到輸入端的電路 結(jié)構(gòu)完全一致，當(dāng)1^>1] 2時(shí)，第一儲(chǔ)能C3、第二儲(chǔ)能電容C4承受正向電壓，當(dāng)U '仏時(shí)，第一 儲(chǔ)能C3、第二儲(chǔ)能電容C4承受反向電壓。
[0029] 當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)管VI、第二開關(guān)管V2進(jìn)行斬波控制，第三開關(guān)管V3、第四開關(guān)管V4封 鎖脈沖截止時(shí)，本實(shí)施例雙向升降壓斬波電路工作于正向升降壓DC/DC變換模式；當(dāng)?shù)谝?開關(guān)管VI、第二開關(guān)管V2封鎖脈沖截止，第三開關(guān)管V3、第四開關(guān)管V4進(jìn)行斬波控制時(shí)， 本實(shí)施例雙向升降壓斬波電路工作于反向升降壓DC/DC變換模式，由該兩種工作模式交替 即可實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，因而能夠在實(shí)現(xiàn)雙向DC/DC變換的基礎(chǔ)上，在每個(gè)變換方向上 兼具升壓和降壓功能，尤其適用于能量需要雙向傳輸且輸出電壓變化范圍寬的場(chǎng)合。
[0030] 參見圖3,本實(shí)施例具體由第一開關(guān)管Vl的C極、第一二極管Dl的陰極、第一濾波 電容Cl的正極、第一儲(chǔ)能電容C3的一端均與第一電源Ul端的正極相連，構(gòu)成輸入正極端 口，第四開關(guān)管V4的C極、第四二極管D4的陰極、第二濾波電容C2的正極、第一儲(chǔ)能電容 C3的另一端均與第二電源U2端的正極相連，構(gòu)成輸出正極端口；第二開關(guān)管V2的E極、第 二二極管D2的陽(yáng)極、第一濾波電容Cl的負(fù)極、第二儲(chǔ)能電容C4的一端均與輸入電源Ul端 負(fù)極相連，構(gòu)成輸入負(fù)極端口，第三開關(guān)管V3的E極、第三二極管D3的陽(yáng)極、第二濾波電容 C2的負(fù)極、第二儲(chǔ)能電容C4的另一端均與第二電源U2端的負(fù)極相連，構(gòu)成輸出負(fù)極端口； 第一開關(guān)管Vl的E極、第一二極管Dl的陽(yáng)極均與第三開關(guān)管V3的C極、第三二極管D3的 陰極相連構(gòu)成節(jié)點(diǎn)M，第二開關(guān)管V2的C極、第二二極管D2的陰極均與第一開關(guān)管Vl的E 極、第一二極管Dl的陽(yáng)極相連構(gòu)成節(jié)點(diǎn)N，儲(chǔ)能電感連接在節(jié)點(diǎn)M與N之間。
[0031] 本實(shí)施例開關(guān)管采用IGBT開關(guān)管，在實(shí)際應(yīng)用中開關(guān)管還可以采用IPM、MOSFET 等開關(guān)器件；電路中二極管具體可以采用獨(dú)立的二極管模塊，也可以為開關(guān)管內(nèi)部集成的 反并聯(lián)二極管器件；第一濾波電容CU第二濾波電容C2具體可采用無極電容，也可采用有 極電容。
[0032] 本實(shí)施例雙向升降壓斬波電路中，每條斬波支路中的兩個(gè)開關(guān)管對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào) 具有相同導(dǎo)通占空比，且相位上相差半個(gè)周期，則通過控制各個(gè)開關(guān)管的導(dǎo)通，即可實(shí)現(xiàn)雙 向DC/DC變換功能，以及在每個(gè)DC/DC變換方向上既能實(shí)現(xiàn)降壓功能，又能實(shí)現(xiàn)升壓功能。
[0033] 本實(shí)施例雙向升降壓斬波電路工作于交替正反向升降壓DC/DC變換時(shí)，主要用于 向反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載供電并回饋能量，根據(jù)輸入輸出電壓大小不同分為兩種工作模式：當(dāng)U 1W2 時(shí)