双向DC/DC变换器制造技术

本实用新型专利技术提供一种双向DC/DC变换器，包括：输入/输出端口、输出/输入端口、电流检测电路、电压检测电路、控制器模块、脉宽调制电路、以及拓扑电路。其中，脉宽调制电路输出的PWM时序信号控制拓扑电路中的开关器件接通或者断开。本实用新型专利技术可以通过选择级联层数和控制PWM时序获得不同变比的输出，有效的避免了普通非隔离式DC/DC变换器直流增益转换比低的问题。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电子设备领域，尤其涉及一种双向DC/DC变换器。
技术介绍
目前隔离式双向DC/DC结构较为复杂，成本较高。非隔离式双向DC/DC主要存在五个问题，第一、功率器件的电流/电压应力大；第二、同样容量的器件传输的功率更小；第三、开关管和变压器的利用率低；第四、BOOST变换增益较低，级联会造成可靠性降低；第五、充电过程不易控制，影响储能单元的寿命。中国专利200920191370. 2中，公开了一种实时双向无感DC/DC变换器，该技术中，能量可以实时在高压侧和低压侧之间流动，开关器件采用双向MOS开关。然而，其系统输出端中需采用电感进行储能滤波，增加了漏磁，转换效率降低。
技术实现思路
针对相关技术中存在的问题，本技术的目的在于提供一种双向DC/DC变换器，以解决现有技术的双向DC/DC变换器直流增益转换效率低的缺陷。为实现上述目的，本技术提供一种双向DC/DC变换器，包括输入/输出端口；输出/输入端口；电流检测电路，连接于输入/输出端口和输出/输入端口之间，输出电流检测信号；电压检测电路，连接于输入/输出端口和输出/输入端口之间，输出电压检测信号；控制器模块，连接于输入/输出端口和输出/输入端口之间，响应于电流检测信号和电压检测信号，输出PWM控制信号；脉宽调制电路，与控制器模块相连接，响应于控制器模块输出的PWM控制信号，输出PWM时序信号；以及拓扑电路，包括连接于输入/输出端口和输出/输入端口之间的电容器和开关器件；其中，脉宽调制电路输出的PWM时序信号控制拓扑电路中的开关器件接通或者断开。优选地，拓扑电路包括与输入/输出端口并联连接的第一电容器Cl，和与第一电容器Cl串联连接的第一开关Kl ；与输出/输入端口并联连接的第二电容器C2，和与第二电容器C2串联连接的第二开关K2;以及连接于输入/输出端口和输出/输入端口之间的多个拓扑模块。优选地，多个拓扑模块的各个拓扑模块之间连接成级联电路。优选地，多个拓扑模块的每个拓扑模块包括级联电容器Cd;与级联电容器Cd正极板相连接的第一级联开关Ka ；与级联电容器Cd负极板相连接的第二级联开关Kb ；以及连接在级联电容器Cd负极板与地电位之间的接地级联开关Kd。优选地，电流检测电路、电压检测电路、脉宽调制电路、控制器模块、和相互级联的多个拓扑模块组成电压电流双闭环控制电路，其中，电流控制环为内环，电压控制环为外环。相比于现有技术，本技术的有益效果是(1)本技术的基于级联拓扑的双向DC/DC变换器，可以通过选择级联层数和控制PWM时序获得不同变比的输出，有效的避免了普通非隔离式DC/DC变换器直流增益转换比低的问题；(2)本技术的基于级联拓扑的双向DC/DC变换器，通过电压电流双反馈，调节 PWM信号，提高了控制精度，并具备了过压、过流、欠压、欠流、防反充电保护功能；(3)本技术的基于级联拓扑的双向DC/DC变换器，其储能和稳压元件全部采用电容，减少了漏磁，提高了转换效率。并且因此体积较小，使双向DC/DC变换器的结构更加紧凑，从而做到小型化。附图说明图1是根据本技术一个实施例的电路原理图；图2是根据本技术一个实施例，η个拓扑模块级联的拓扑电路；图3是根据图2所示的实施例，第i个拓扑模块的拓扑电路；图4是根据本技术一个实施例，5个拓扑模块级联的拓扑电路。具体实施方式以下结合附图对本技术具体实施方式进行描述。本技术提供一种双向DC/DC变换器，参见图1，包括输入/输出端口、输出/输入端口、电流检测电路、电压检测电路、控制器模块、脉宽调制电路、以及拓扑电路。其中输入/输出端口和输出/输入端口是双向DC/DC变换器的外部接口，可组成两组传输端口，即正向传输的输入1端口和输出1端口，以及反向传输的输入2和输出2端口。在正向能量传输时，输入/输出端口连接光伏电池或者风机，输出/输入端口连接储能装置；在反向能量传输时，输出/输入端口连接储能装置，输入/输出端口连接负载；藉此，实现双向能量传输。根据本技术的实施例，电流检测电路连接于输入/输出端口和输出/输入端口之间，输出电流检测信号。电压检测电路连接于输入/输出端口和输出/输入端口之间， 输出电压检测信号。控制器模块连接于输入/输出端口和输出/输入端口之间，响应于电流检测电路检测到的电流检测信号，和电压检测电路检测到的电压检测信号，输出PWM控制信号。脉宽调制电路与控制器模块相连接，响应于控制器模块输出的PWM控制信号，输出PWM时序信号。根据本技术的实施例，双向DC/DC变换器还包括拓扑电路，参见图2至图4。 拓扑电路包括连接于输入/输出端口和输出/输入端口之间的电容器和开关器件。具体而言，包括与输入/输出端口并联连接的第一电容器Cl，和与第一电容器Cl串联连接的第一开关Kl ；与输出/输入端口并联连接的第二电容器C2，和与第二电容器C2串联连接的第二开关K2;以及连接于输入/输出端口和输出/输入端口之间的多个拓扑模块。多个拓扑模块的各个拓扑模块之间连接成级联电路，图2中示出了 η个拓扑模块级联的拓扑电路，图 3中示出了图2所示的拓扑电路中的第i个拓扑模块的拓扑电路，图4示出了 5个拓扑模块级联的拓扑电路。拓扑电路中的储能和稳压元件均为电容器，拓扑电路中的开关均为双向开关，脉宽调制电路输出的PWM时序信号控制拓扑电路中的开关器件接通或者断开。并且， 级联的多个拓扑模块的数量可以自由选择。根据本技术的实施例，多个拓扑模块的每个拓扑模块包括级联电容器Cd ； 与级联电容器Cd正极板相连接的第一级联开关Ka ；与级联电容器Cd负极板相连接的第二级联开关Kb ；以及连接在级联电容器Cd负极板与地电位之间的接地级联开关Kd。例如图 3中所示的第i个拓扑模块的拓扑电路中，第i个级联拓扑模块由开关Kai、Kbi、Kci和电容Cdi组成，有Vh、Vl、Vnext、Vd四个端子，Vh、Vl与级联电路的两端连接，Vnext与下一级级联模块连接，Vd与地电位连接。该拓扑模块的结构保证了可以根据不同的PWM时序信号对模块中的级联电容器Cd进行充放电模式的控制。根据本技术的实施例，电流检测电路、电压检测电路、脉宽调制电路、控制器模块、和相互级联的多个拓扑模块组成电压电流双闭环控制电路。其中，电流控制环为内环，电压控制环为外环。根据电流检测电路和电压检测电路反馈的信号，电压电流双闭环控制电路调节PWM时序，使拓扑电路中的开关器件接通或者断开。藉此，可实现选择级联的拓扑模块的级联层数，使级联电容器Cd轮序充电，从而获得不同的变比输出。该拓扑电路完全由开关器件和电容器组成，无需电感元件，因此减少了漏磁，提高了转换效率。同时还减小了体积，使双向DC/DC变换器的结构更加紧凑。以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。权利要求1.一种双向DC/DC变换器，其特征在于，包括输入/输出端口； 输出/输入端口；电流检测电路，连接于所述输入/输出端口和输出/输入端口之间，输出电流检测信号；电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种双向ＤＣ／ＤＣ变换器，其特征在于，包括：输入／输出端口；输出／输入端口；电流检测电路，连接于所述输入／输出端口和输出／输入端口之间，输出电流检测信号；电压检测电路，连接于所述输入／输出端口和输出／输入端口之间，输出电压检测信号；控制器模块，连接于所述输入／输出端口和输出／输入端口之间，响应于所述电流检测信号和电压检测信号，输出ＰＷＭ控制信号；脉宽调制电路，与所述控制器模块相连接，响应于所述控制器模块输出的ＰＷＭ控制信号，输出ＰＷＭ时序信号；以及拓扑电路，包括连接于所述输入／输出端口和输出／输入端口之间的电容器和开关器件；其中，所述脉宽调制电路输出的ＰＷＭ时序信号控制所述拓扑电路中的开关器件接通或者断开。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王忠达，
申请(专利权)人：王忠达，
类型：实用新型
国别省市：13