一种高效隔离式双向直流变换器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种高效隔离式双向直流变换器，包括双向直流变换器主电路、检测模块、控制模块和驱动模块；检测模块采集双向直流变换器主电路的输出电压，采集到的电压信号经过控制模块的PID控制器和PWM调制器后得到驱动信号，驱动信号经过驱动模块的放大，进行控制双向直流变换器主电路的功率开关管，控制方式采用移相控制方式，通过改变驱动信号的移相角α实现能量的双向传输。本实用新型专利技术提供的高效隔离式双向直流变换器，体积小，结构简单，能够实现变换器软开关，提高效率，所提出的控制方法简单，能够提高系统的稳定性，优化系统的性能指标。

An Efficient Isolated Bidirectional DC/DC Converter

【技术实现步骤摘要】
一种高效隔离式双向直流变换器
本技术属于电力电子领域，尤其涉及一种高效隔离式双向直流变换器。
技术介绍
电动汽车电源系统的性能是决定电动汽车性能的重要因素之一，在广泛使用超级电容-蓄电池组的电源系统中，双向直流变换器起着重要的作用，不仅能够切换能量流动的方向，还可以保证汽车行驶的稳定性以及合理的回收能量，提高能量利用效率，节省能源减小排放污染。传统的隔离式双向直流变换器体积大，成本高，工作效率低，电气应力大，控制方法复杂，具有较差的可靠性，所以如何设计出高效率低成本的隔离式双向DC-DC变换器是该领域研究的热点。
技术实现思路
本技术的目的就在于解决上述问题而提供一种高效隔离式双向直流变换器。本技术通过以下技术方案来实现上述目的：一种高效隔离式双向直流变换器，其特征是，包括双向直流变换器主电路、检测模块、控制模块、驱动模块，所述双向直流变换器主电路分别连接检测模块和驱动模块，所述检测模块和驱动模块连接控制模块。进一步的，所述双向直流变换器主电路包括钳位电容C1、钳位电容C2，电容C3、电容C4、线圈漏感L1、线圈漏感L2、变压器Z、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、功率开关管Q1、功率开关管Q2、功率开关管Q3、功率开关管Q4、电源U1、负载U2，所述变压器Z包括线圈W1和线圈W2，所述电源U1的正极分别连接钳位电容C1的第一端和线圈漏感L1的第一端，所述线圈漏感L1的第二端连接线圈W1的同名端，所述钳位电容C1的第二端分别连接二极管D2的阴极和功率开关管Q2的漏极，所述线圈W1的异名端分别连接二极管D2的阳极、功率开关管Q2的源极、二极管D1的阴极、功率开关管Q1的漏极，所述电源U1的负极分别连接二极管D1的阳极和功率开关管Q1的源极,所述负载U2的正极分别连接钳位电容C2的第一端和线圈漏感L2的第一端，所述线圈漏感L2的第二端连接线圈W2的同名端，所述钳位电容C2的第二端分别连接二极管D2的阴极和功率开关管Q2的漏极，所述线圈W2的异名端分别连接二极管D4的阳极、功率开关管Q4的源极、二极管D3的阴极、功率开关管Q3的漏极，所述负载U2的负极分别连接二极管D3的阳极和功率开关管Q3的源极。进一步的，所述检测模块用于采集负载U2的电压信号V2，将电压信号V2进行调理后传输到控制模块。进一步的，所述控制模块将电压信号V2与给定电压信号Vref比较，得到的差值信号传输到PID控制器，输出的移相角α经过PWM调制器得到驱动信号S1、S2、S3、S4，驱动信号S1和驱动信号S2为180°互补工作，驱动信号S3和驱动信号S4为180°互补工作，驱动信号S1与驱动信号S3相位差由移相角α控制。进一步的，所述驱动模块将驱动信号S1、S2、S3、S4放大后，分别控制功率开关管Q1、功率开关管Q2、功率开关管Q3、功率开关管Q4的导通与关断。进一步的，所述能量自电源U1向负载U2方向流动时，功率开关管Q1导通时间超前于功率开关管Q3导通时间α角，能量反向流动时，功率开关管Q3导通时间超前于功率开关管Q1导通时间α角。进一步的，所述所有功率开关管均为零电压开通，功率开关管Q1、功率开关管Q2、功率开关管Q3、功率开关管Q4选用MOSFET管。与现有技术相比，本技术的优点在于：结构简单，应用器件少，成本低；移相控制可以避免能量传输时开关管关断电压尖峰和限流启动问题，可靠性高；所有功率开关管为零电压开通，减少开关损耗，提高变换器总体效率；隔离式变换器可以有效地减少输入输出之间的干扰,使供电系统工作更加稳定，在工业使用具有一定的优势。附图说明图1是本技术高效隔离式双向直流变换器结构框图；图2是本技术高效隔离式双向直流变换器主电路图；图3是本技术高效隔离式双向直流变换器能量正向传输波形图；图4是本技术高效隔离式双向直流变换器能量反向传输波形图；图5是本技术高效隔离式双向直流变换器控制方法图。具体实施方式下面结合附图说明及具体实施方式对本技术进一步说明。具体实施方式一：如图1所示，高效隔离式双向直流变换器结构框图，检测模块采集双向直流变换器主电路负载U2的电压信号V2，调理至符合控制模块采样电压范围。控制模块将电压采样信号进行转换，经过PID控制器和PWM调制器得到移相角控制信号α，产生PWM驱动信号，用于实现双向直流变换器主电路能量的双向传输和保证功率开关管的零电压导通。驱动模块将PWM驱动信号进行隔离和放大，为双向直流变换器主电路的功率开关管提供驱动信号。具体实施方式二：如图2所示，高效隔离式双向直流变换器主电路图，设双向直流变换器周期为T，频率为f，线圈W1与线圈W2的匝数比为N，电源U1电压信号V1，负载U2的电压信号V2。具体实施方式三：如图3所示，高效隔离式双向直流变换器能量正向传输波形图，驱动信号S1相位超前S3相位α角，变换器能量由电源U1向负载U2方向流动。当时，功率开关管Q4为导通状态，功率开关管Q1开始导通，电源U1和钳位电容C2为线圈漏感L1和线圈漏感L2提供能量，线圈漏感L1的电流iL1正向增加，线圈漏感L2的电流iL2负向增加。当时，功率开关管Q4关断，功率开关管Q3导通，iL1从W1线圈的同名端流入线圈，iL2由线圈W2的同名端流出，变压器铁芯磁化。当V1=N*V2时，电源U1为负载U2提供能量，电感电流iL1和iL2不变；当V1>N*V2时，电源U1为负载U2、线圈漏感L1、线圈漏感L2提供能量，电感电流iL1和iL2升高；当V1<N*V2时，电源U1、线圈漏感L1、线圈漏感L2为负载U2提供能量，电感电流iL1和iL2下降，图4中电感电流iL1和iL2的波形为V1=N*V2时的波形。当时，功率开关管Q1截止，功率开关管Q2导通，线圈漏感L1和线圈漏感L2为钳位电容C1和负载U2提供能量，电感电流iL1和iL2减小，减小到零值附近。当时，功率开关管Q3截止，功率开关管Q4导通，钳位电容C1和线圈漏感L2为线圈漏感L1和钳位电容C2提供能量，通过功率开关管Q4的磁化电流减小，通过功率开关管Q2的去磁电流增大，变压器铁芯去磁，同时实现钳位电容C1和C2充放电的平衡，当t=T时，功率开关管Q2截止，去磁结束，变换器进入下一周期。具体实施方式四：如图4所示，高效隔离式双向直流变换器能量反向传输波形图，驱动信号S3相位超前S1相位α角，变换器能量由电源U2向负载U1方向流动。当时，功率开关管Q2为导通状态，功率开关管Q3开始导通，负载U2和钳位电容C1为线圈漏感L1和线圈漏感L2提供能量，线圈漏感L1的电流iL1负向增加，线圈漏感L2的电流iL2正向增加。当时，功率开关管Q2关断，功率开关管Q1导通，iL2从W2线圈的同名端流入线圈，iL1由线圈W1的同名端流出，变压器铁芯磁化。当V2=V1/N时，负载U2为电源U1提供能量，电感电流iL1和iL2不变；当V2>V1/N时，负载U2为电源U1、线圈漏感L1、线圈漏感L2提供能量，电感电流iL1和iL2升高；当V2<V1/N时，负载U2、线圈漏感L1、线圈漏感L2为电源U1提供能量，电感电流iL1和iL2下降，图4中电感电流iL1和iL2的波形为V2=V1/N时的波形。当时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效隔离式双向直流变换器，其特征是，包括双向直流变换器主电路(1)、检测模块(2)、控制模块(3)、驱动模块(4)，所述的双向直流变换器主电路(1)分别连接检测模块(2)和驱动模块(4)，所述的检测模块(2)和驱动模块(4)连接控制模块(3)。

【技术特征摘要】
1.一种高效隔离式双向直流变换器，其特征是，包括双向直流变换器主电路(1)、检测模块(2)、控制模块(3)、驱动模块(4)，所述的双向直流变换器主电路(1)分别连接检测模块(2)和驱动模块(4)，所述的检测模块(2)和驱动模块(4)连接控制模块(3)。2.根据权利要求1所述的一种高效隔离式双向直流变换器，其特征是，所述的双向直流变换器主电路(1)包括钳位电容C1、钳位电容C2，电容C3、电容C4、线圈漏感L1、线圈漏感L2、变压器Z、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、功率开关管Q1、功率开关管Q2、功率开关管Q3、功率开关管Q4、电源U1、负载U2，所述变压器Z包括线圈W1和线圈W2，所述电源U1的正极分别连接钳位电容C1的第一端和线圈漏感L1的第一端，所述线圈漏感L1的第二端连接线圈W1的同名端，所述钳位电容C1的第二端分别连接二极管D2的阴极和功率开关管Q2的漏极，所述线圈W1的异名端分别连接二极管D2的阳极、功率开关管Q2的源极、二极管D1的阴极、功率开关管Q1的漏极，所述电源U1的负极分别连接二极管D1的阳极、功率开关管Q1的源极,所述负载U2的正极分别连接钳位电容C2的第一端和线圈漏感L2的第一端，所述线圈漏感L2的第二端连接线圈W2的同名端，所述钳位电容C2的第二端分别连接二极管D2的阴极和功率开关管Q2的漏极，所述线圈W2的异名端分别连接二极管D4的阳极、功率开关管Q4的源极、二极管D3的阴极、功率开关管Q3的漏极，所述负载U2的负极分别连接二极管D3的阳极、功...

【专利技术属性】
技术研发人员：周美兰，刘洋，杨明亮，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：新型
国别省市：黑龙江,23