一种宽负载范围的双向数字DC-DC变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种宽负载范围的双向数字DC-DC变换器，包括高压端、低压端、dsPIC30F单片机以及变压器；dsPIC30F单片机的输出端连接有具有若干PWM输出端的驱动电路；高压端上连接有高压部分整流电路，低压端上连接有低压部分整流电路，且变压器设置在高压部分整流电路与低压部分整流电路之间；驱动电路的输出端分别连接到高压部分整流电路和低压部分整理电路的控制端上。本发明专利技术根据负载大小调节移相全桥控制的死区时间，同时根据负载大小选择不同的整流模式，从而使变换器在较宽的负载范围内都具有很高的效率，本发明专利技术设置有防止副边寄生震荡的有源钳位电路，可有效防止电压过冲。因此，本发明专利技术的双向变换器特别适用于对变换器效率要求较高及负载变动较大的场合。

【技术实现步骤摘要】
—种宽负载范围的双向数字DC-DC变换器
本专利技术属于电力电子变换器
，具体涉及一种宽负载范围的双向数字DC-DC变换器。
技术介绍
在航空航天、太阳能发电、风力发电、电动汽车、不间断电源等领域普遍采用双向DC-DC变换器，双向DC-DC变换器可以实现能量的双向流动，输入/输出电压极性保持不变，但是输入/输出电流方向可以改变，高压端可以给低压端传递功率，必要的时候低压端也可以把能量回馈给高压端。在负载变动较大应用场合，负载一直在3% —100%范围内变化，现有的变换器在负载较大时效率一般较高，但是负载较低时效率较低，同时电路中存在的寄生震荡会对电路工作造成严重影响。同时现有的双向DC-DC变换器大多采用模拟元件、模拟控制方式，优点是响应快，但在许多方面存在不足。比如开关损耗过大致使变换器效率低等问题，同时，传统的模拟双向直流变换器需要大量的分立元件和电路板，使用的元器件多，由此带来的成本也较高，而且模拟器件之间连接复杂，给故障检测与维修带来较大困难，而且模拟控制易受环境(如噪声，环境温度、湿度、震动等)影响，稳定性较差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术中双向DC-DC变换器负载范围窄、成本高、效率低等缺陷，提出了一种宽负载范围的双向数字DC-DC变换器，该双向数字DC-DC变换器能够根据负载大小调节移相全桥控制的死区时间，同时根据负载大小选择不同的整流模式，从而使变换器在较宽的负载范围内都具有很高的效率。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是:包括高压端、低压端、dsPIC30F单片机以及变压器；dsPIC30F单片机输入端上连接有用于采集高压端和低压端的电流、电压数据的采样电路；dsPIC30F单片机的输出端连接有具有若干PWM输出端的驱动电路；高压端上连接有高压部分整流电路，低压端上连接有低压部分整流电路，且变压器设置在高压部分整流电路与低压部分整流电路之间；驱动电路的输出端分别连接到高压部分整流电路和低压部分整理电路的控制端上。所述的低压端上设置有防止副边寄生震荡的有源钳位电路。所述的变压器为一个原边绕组和两个副边绕组的变压器，其中原变绕组与高压部分整流电路相连，两个副边绕组与低压部分整流电路相连。所述的高压部分整流电路包括第一 MOS管、第二 MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、高压端电解电容以及原边漏感；其中，第一 MOS管的漏极和第三MOS管的漏极与高压端正极相连，第一 MOS管的源极和第二 MOS管的漏极连接，第三MOS管的源极和第四MOS管的漏极连接，第二MOS管的源极和第四MOS管的源极分别接地；高压端电解电容的正极与高压端正极相连，负极接地；第一 MOS管的栅极与驱动电路的第一 PWM输出端相连；第二 MOS管的栅极与驱动电路的第二 PWM输出端相连；第三MOS管的栅极与驱动电路的第三PWM输出端相连；第四MOS管的栅极与驱动电路的第四PWM输出端相连；变压器原边绕组的同名端通过原边漏感与第一 MOS管的源极相连，异名端与第四MOS管的漏极相连；第一二极管的阴极与第一 MOS管的漏极相连，第一二极管的阳极与第一 MOS管的源极相连，第一电容并联在第一二极管的两端；第二二极管的阴极与第二 MOS管的漏极相连，第二二极管的阳极与第二 MOS管的源极相连，第二电容并联在第二二极管的两端；第三二极管的阴极与第三MOS管的漏极相连，第三二极管的阳极与第三MOS管的源极相连，第三电容并联在第三二极管的两端；第四二极管的阴极与第四MOS管的漏极相连，第四二极管的阳极与第四MOS管的源极相连，第四电容并联在第四二极管的两端；所述的低压部分整流电路包括第五MOS管、第六MOS管、第五二极管、第六二极管、低压端电解电容以及滤波漏感；其中，第五MOS管的源极和第六MOS管的源极接地；第五二极管的阴极与第五MOS管的漏极相连，阳极与第五MOS管的源极相连；第六二极管的阴极与第六MOS管的漏极相连，阳极与第六MOS管的源极相连；第五MOS管的栅极连接到驱动电路的第五PWM输出端上，第六MOS管的栅极连接到驱动电路的第六PWM输出端上；变压器的第一副边绕组的同名端与第六MOS管的漏极相连，第一副边绕组的异名端与第二副边绕组的同名端相连，第二副边绕组的异名端与第五MOS管的漏极相连；滤波漏感的一端连接到第一副边绕组的异名端与第二副边绕组的同名端的连接点上，另一端与低压端的正极相连；低压端电解电容的正极与低压端的正极相连，负极接地。所述的有源钳位电路包括第七MOS管、第七二极管以及第七电容；其中，第七MOS管的漏极与第一副边绕组的异名端与第二副边绕组的同名端的连接点相连，第七MOS管的源极与第七电容的一端相连，第七电容的另一端接地；第七MOS管的栅极连接到驱动电路的第七PWM输出端上；第七二极管的阴极与第七MOS管的漏极相连，阳极与第七MOS管的源极相连。所述的采样电路包括高压端电压采样电路、高压端电流采样电路、低压端电压采样电路以及低压端电流采样电路；其中，高压端电压采样电路的输入端与高压端正极相连，输出端与dsPIC30F单片机的第一路模/数端相连；高压端电流采样电路的输入端连接到高压端正极和第一 MOS管的漏极之间的节点上；低压端电压采样电路的输入端与低压端正极相连，输出端与dsPIC30F单片机的第二路模/数端相连；低压端电流采样电路的输入端连接到第六MOS管(Q6)和地之间的节点上。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果:本专利技术通过dsPIC30F单片机控制高压端和低压端之间的整流电路，具有负载范围宽、效率高等优点，其负载范围可达到3%?100%，负载在20%以下时效率达到80%，负载20%以上时达到85%以上；本专利技术成本低，采样数字控制减少了大量的模拟器件；本专利技术电路可靠性高，对电路中的电压过冲进行控制，保证电路可靠工作；当电路发生过流、过压、欠压时，能够封锁开关管实现对电路的保护。进一步的，本专利技术设置有防止副边寄生震荡的有源钳位电路，可有效防止电压过冲。同时，该高性能的dsPIC30F对电路进行检测和控制，通过内部编程可以实现复杂的算法，电路故障时并能对电路进行保护。【附图说明】图1为本专利技术的电路图；图2为本专利技术升压模式电路工作的波形图。其中，Tl为变压器；C1为第一电容；C2为第二电容；C3为三电容；C4为第四电容；Cb为高压端电解电容；C6为低压端电解电容；C7为第七电容；D1为第一二极管；D2为第二二极管；D3为第三二极管；D4为第四二极管；D5为第五二极管；D6为第六二极管；D7为第七二极管；Q1为第一 MOS管；Q2为第二 MOS管；Q3为第三MOS管；Q4为第四MOS管；Q5为第五MOS管；Q6为第六MOS管；Q7为第七MOS管。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术的作进一步详细的描述:参见图1，本专利技术包括高压端、低压端、dsPIC30F单片机以及变压器Tl ；dsPIC30F单片机输入端上连接有用于采集高压端和低压端的电流、电压数据的采样电路；dsPIC30F单片机的输出端连接有具有若干PWM输出端的驱动电路；高压端上连接有高压部分整流电路，低压端上连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽负载范围的双向数字DC‑DC变换器，其特征在于：包括高压端、低压端、dsPIC30F单片机以及变压器（T1）；dsPIC30F单片机输入端上连接有用于采集高压端和低压端的电流、电压数据的采样电路；dsPIC30F单片机的输出端连接有具有若干PWM输出端的驱动电路；高压端上连接有高压部分整流电路，低压端上连接有低压部分整流电路，且变压器（T1）设置在高压部分整流电路与低压部分整流电路之间；驱动电路的输出端分别连接到高压部分整流电路和低压部分整理电路的控制端上。

【技术特征摘要】
1.一种宽负载范围的双向数字DC-DC变换器，其特征在于:包括高压端、低压端、dsPIC30F单片机以及变压器(Tl) ；dsPIC30F单片机输入端上连接有用于采集高压端和低压端的电流、电压数据的采样电路；dsPIC30F单片机的输出端连接有具有若干PWM输出端的驱动电路；高压端上连接有高压部分整流电路，低压端上连接有低压部分整流电路，且变压器(Tl)设置在高压部分整流电路与低压部分整流电路之间；驱动电路的输出端分别连接到高压部分整流电路和低压部分整理电路的控制端上。2.根据权利要求1所述的宽负载范围的双向数字DC-DC变换器，其特征在于:所述的低压端上设置有防止副边寄生震荡的有源钳位电路。3.根据权利要求2所述的宽负载范围的双向数字DC-DC变换器，其特征在于:所述的变压器(Tl)为一个原边绕组和两个副边绕组的变压器，其中原变绕组与高压部分整流电路相连，两个副边绕组与低压部分整流电路相连。4.根据权利要求3所述的宽负载范围的双向数字DC-DC变换器，其特征在于:所述的高压部分整流电路包括第一 MOS管(Q1)、第二 MOS管(Q2)、第三MOS管(Q3)、第四MOS管(Q4)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第一电容(Cl)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第四电容(C4)、高压端电解电容(Cb)以及原边漏感(Lr);其中，第一 MOS管(Ql)的漏极和第三MOS管(Q3)的漏极与高压端正极相连，第一 MOS管(Ql)的源极和第二 MOS管(Q2)的漏极连接，第三MOS管(Q3)的源极和第四MOS管(Q4)的漏极连接，第二 MOS管(Q2)的源极和第四MOS管(Q4)的源极分别接地；高压端电解电容(Cb)的正极与高压端正极相连，负极接地； 第一 MOS管(Ql)的栅极与驱动电路的第一 PWM输出端相连；第二 MOS管(Q2)的栅极与驱动电路的第二 PWM输出端相连；第三MOS管(Q3)的栅极与驱动电路的第三PWM输出端相连；第四MOS管(Q4)的栅极与驱动电路的第四PWM输出端相连； 变压器(Tl)原边绕组的同名 端通过原边漏感(Lr)与第一 MOS管(Ql)的源极相连，异名端与第四MOS管(Q4)的漏极相连； 第一二极管(Dl)的阴极与第一 MOS管(Ql)的漏极相连，第一二极管(Dl)的阳极与第一 MOS管(Ql)的源极相连，第一电容(Cl)并联在第一二极管(Dl)的两端；第二二极管(D2)的阴极与第二 MOS管(Q2)的漏极相连，第二二极管(D2)的阳极与第二 MOS管(Q2)的源极相连，第二电容(C2)并联在第二二极管(D2)的两端；第三二极管(D3)的阴极...

【专利技术属性】
技术研发人员：史永胜，王喜锋，赵会平，余彬，李强华，宁青菊，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61