一种隔离式双向DC/DC变换电路

摘要

本发明公开了一种隔离式双向DC/DC变换电路，包括两个变压器、输出整流电路和与变压器对应的原边电路，原边电路包括全桥逆变电路和原边谐振组件；全桥逆变电路的输入端接DCDC直流输入端，原边谐振组件与对应的变压器原边绕组串联后，接全桥逆变电路的两个输出端；输出整流电路包括并接在DCDC直流输出端的正负极之间的三个半桥电路，第一变压器的副边绕组接在第一半桥电路的中点与第二半桥电路的中点之间，第二变压器的副边绕组接在第一半桥电路的中点与三半桥电路的中点之间。本发明工作时输出整流电路的三个半桥电路可以根据输出电压的需要进行组合，实现宽范围的电压调节。

权利要求

1.一种隔离式双向DC/DC变换电路，包括DCDC直流输入端、DCDC直流输出端、两个变压器、输出整流电路和与变压器对应的原边电路，原边电路包括开关管全桥逆变电路和原边谐振组件；开关管全桥逆变电路的两个输入端分别接DCDC直流输入端的正极和负极，原边谐振组件与对应的变压器原边绕组串联后，接开关管全桥逆变电路的两个输出端；其特征在于，输出整流电路包括三个开关管半桥电路，三个开关管半桥电路的两端并接在DCDC直流输出端的正极与负极之间；第一变压器副边绕组的第一端接第二开关管半桥电路的中点，第一变压器副边绕组的第二端接第一开关管半桥电路的中点；第二变压器副边绕组的第一端接第一开关管半桥电路的中点，第二变压器副边绕组的第二端接第三开关管半桥电路的中点；输出整流电路低电压输出时，控制器产生控制信号控制两个变压器副边绕组相位相反，两个变压器副边绕组等效并联，第一开关管半桥电路与第二开关管半桥电路构成第一可控全桥整流电路，第一开关管半桥电路与第三开关管半桥电路构成第二可控全桥整流电路，第一可控全桥整流电路的输出与第二可控全桥整流电路的输出并联；输出整流电路高电压输出时，控制器产生控制信号控制两个变压器副边绕组相位相同，两个变压器副边绕组等效串联；第一开关管半桥电路关闭，第一变压器的副边绕组与第二变压器的副边绕组通过第一开关管半桥电路的中点串联，第二开关管半桥电路与第三开关管半桥电路构成可控全桥整流电路。

2.根据权利要求1所述的隔离式双向DC/DC变换电路，其特征在于，所述的开关管包括体二极管或并联有二极管。

3.根据权利要求1所述的隔离式双向DC/DC变换电路，其特征在于，原边谐振组件包括谐振电容和谐振电感，变压器原边绕组的第一端通过谐振电容接开关管全桥逆变电路第一半桥的中点，变压器原边绕组的第二端通过谐振电感接开关管全桥逆变电路第二半桥的中点。

4.根据权利要求3所述的隔离式双向DC/DC变换电路，其特征在于，输出整流电路包括第一副边谐振组件和第二副边谐振组件，第一变压器副边绕组与第一副边谐振组件串联后分别接第一开关管半桥电路的中点和第二开关管半桥电路的中点，第二变压器副边绕组与第二副边谐振组件串联后分别接第一开关管半桥电路的中点和第三开关管半桥电路的中点。

5.根据权利要求4所述的隔离式双向DC/DC变换电路，其特征在于，第一副边谐振组件包括第一谐振电容和第一谐振电感，第二副边谐振组件包括第二谐振电容和第二谐振电感；第一变压器副边绕组的第一端通过第一谐振电容接第二开关管半桥电路的中点，第一变压器副边绕组的第二端通过第一谐振电感接第一开关管半桥电路的中点；第二变压器副边绕组的第一端通过第二谐振电容接第一开关管半桥电路的中点，第二变压器副边绕组的第二端通过第二谐振电感接第三开关管半桥电路的中点。

6.根据权利要求5所述的隔离式双向DC/DC变换电路，其特征在于，变压器原边绕组的第一端为同名端，第一变压器副边绕组的第一端为同名端，第二变压器副边绕组的第一端为同名端。

7.根据权利要求1所述的隔离式双向DC/DC变换电路，其特征在于，包括输入电容、输入电阻、输出电容和输出电阻，输入电容与输入电阻串联后接在DCDC直流输入端的正极与负极之间，输出电容与输出电阻串联后接在DCDC直流输出端的正极与负极之间。

说明书

一种隔离式双向DC/DC变换电路

技术领域

[0001] 本发明涉及DC/DC变换电路，尤其涉及一种隔离式双向DC/DC变换电路。

背景技术

[0002] 用户到电网的双向变换，通常都需要比较宽的输入范围，无论是电网到用户的应用（比如电动汽车的充电），还是储能单元到电网（比如储能变电站）。典型的电动汽车充电机有两个功率变换单元，分别为靠近电网侧的AC/DC变换器、靠近用户侧的DC/DC变换器；其中AC/DC变换器可以在宽范围的电网电压情况下提供稳定可调的直流母线电压， DC/DC变换器可以在用户充电需要的恒流、恒压、涓流模式下提供宽范围的可调节的输出电压。典型的逆变器也有两个功率变换单元，分别为靠近用户侧的DC/DC变换器和靠近电网侧的DC/AC变换器；其中的DC/AC变换器在不同的电网电压或者设定的电压（例如离网）的情况下，把直流母线变换成交流电，DC/DC变换器可以在宽范围的用户电压输入的情况下提供可调的、稳定的直流母线电压，以适应变化的电网电压或设定的交流输出电压。

[0003] 申请号为202221076050.4的实用新型公开了一种充电桩的交流/直流变换电路，包括AC/DC变换电路、DC/DC变换器和BUCK变换器，DC/DC变换器包括DC/DC变换电路，BUCK变换器包括BUCK变换电路；DC/DC变换器的直流输入端接AC/DC变换电路的直流输出端；BUCK变换器的直流输入端接DC/DC变换器的直流输出端；BUCK变换器的直流输出端为交流/直流变换电路输出端。该实用新型的充电桩的交流/直流变换电路在DC/DC变换器的输出端增加了BUCK变换器，可以实现宽范围的电压输出，但是，DC/DC变换器本身的电压调节范围较小。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种可以实现宽范围电压调节的隔离式双向DC/DC变换电路。

[0005] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种隔离式双向DC/DC变换电路，包括DCDC直流输入端、DCDC直流输出端、两个变压器、输出整流电路和与变压器对应的原边电路，原边电路包括开关管全桥逆变电路和原边谐振组件；开关管全桥逆变电路的两个输入端分别接DCDC直流输入端的正极和负极，原边谐振组件与对应的变压器原边绕组串联后，接开关管全桥逆变电路的两个输出端；输出整流电路包括三个开关管半桥电路，三个开关管半桥电路的两端并接在DCDC直流输出端的正极与负极之间；第一变压器副边绕组的第一端接第二开关管半桥电路的中点，第一变压器副边绕组的第二端接第一开关管半桥电路的中点；第二变压器副边绕组的第一端接第一开关管半桥电路的中点，第二变压器副边绕组的第二端接第三开关管半桥电路的中点。

[0006] 以上所述的隔离式双向DC/DC变换电路，所述的开关管包括体二极管或并联有二极管。

[0007] 以上所述的隔离式双向DC/DC变换电路，原边谐振组件包括谐振电容和谐振电感，变压器原边绕组的第一端通过谐振电容接开关管全桥逆变电路第一半桥的中点，变压器原边绕组的第二端通过谐振电感接开关管全桥逆变电路第二半桥的中点。

[0008] 以上所述的隔离式双向DC/DC变换电路，输出整流电路包括第一副边谐振组件和第二副边谐振组件，第一变压器副边绕组与第一副边谐振组件串联后分别接第一开关管半桥电路的中点和第二开关管半桥电路的中点，第二变压器副边绕组与第二副边谐振组件串联后分别接第一开关管半桥电路的中点和第三开关管半桥电路的中点。

[0009] 以上所述的隔离式双向DC/DC变换电路，第一副边谐振组件包括第一谐振电容和第一谐振电感，第二副边谐振组件包括第二谐振电容和第二谐振电感；第一变压器副边绕组的第一端通过第一谐振电容接第二开关管半桥电路的中点，第一变压器副边绕组的第二端通过第一谐振电感接第一开关管半桥电路的中点；第二变压器副边绕组的第一端通过第二谐振电容接第一开关管半桥电路的中点，第二变压器副边绕组的第二端通过第二谐振电感接第三开关管半桥电路的中点。

[0010] 以上所述的隔离式双向DC/DC变换电路，变压器原边绕组的第一端为同名端，第一变压器副边绕组的第一端为同名端，第二变压器副边绕组的第一端为同名端。

[0011] 以上所述的隔离式双向DC/DC变换电路，包括输入电容、输入电阻、输出电容和输出电阻，输入电容与输入电阻串联后接在DCDC直流输入端的正极与负极之间，输出电容与输出电阻串联后接在DCDC直流输出端的正极与负极之间。

[0012] 以上所述的隔离式双向DC/DC变换电路，输出整流电路低电压输出时，第一开关管半桥电路与第二开关管半桥电路构成第一可控全桥整流电路，第一开关管半桥电路与第三开关管半桥电路构成第二可控全桥整流电路；第一可控全桥整流电路的输出与第二可控全桥整流电路的输出并联。

[0013] 以上所述的隔离式双向DC/DC变换电路，输出整流电路高电压输出时，第一开关管半桥电路关闭，第一变压器的副边绕组与第二变压器的副边绕组通过第一开关管半桥电路的中点串联；第二开关管半桥电路与第三开关管半桥电路构成可控全桥整流电路。

[0014] 本发明隔离式双向DC/DC变换电路的三个半桥电路可以根据输出电压的需要组合成两个分别与两个变压器副边绕组连接的、并联的可控全桥整流电路，以输出较低的电压；或组合成一个与两个串联的变压器副边绕组连接的可控全桥整流电路，输出较高的电压，实现宽范围的电压调节。

附图说明

[0015] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0016] 图1是本发明实施例隔离式双向DC/DC变换电路的电路图。

具体实施方式

[0017] 本发明实施例隔离式双向DC/DC变换电路的结构和原理如图1所示，包括DCDC直流输入端、DCDC直流输出端、两个变压器L1、L4、输出整流电路、与变压器L1、L4对应的原边电路和控制电路。

[0018] 第一原边电路包括由MOS管T1、T2、T6和T7组成的第一开关管全桥逆变电路和由谐振电容C1和谐振电感L2组成的原边谐振组件。第一开关管全桥逆变电路的两个输入端分别接DCDC直流输入端的正极VIN+和负极VIN‑，谐振电容C1和谐振电感L2与变压器L1的原边绕组串联后，接第一开关管全桥逆变电路的两个输出端，即第一开关管全桥逆变电路两个半桥的中点。即，变压器L1原边绕组的第一端通过谐振电容C1接第一开关管全桥逆变电路第一半桥的中点，变压器L1原边绕组的第二端通过谐振电感L2接第一开关管全桥逆变电路第二半桥的中点。

[0019] 输入电容C5与输入电阻R1串联后接在DCDC直流输入端的正极VIN+与负极VIN‑之间，输出电容C6与输出电阻R2串联后接在DCDC直流输出端的正极VOUT+与负极VOUT‑之间。

[0020] 第二原边电路包括由MOS管T8、T9、10和T11组成的第二开关管全桥逆变电路和由谐振电容C3和谐振电感L5组成的原边谐振组件。第二开关管全桥逆变电路的两个输入端分别接DCDC直流输入端的正极VIN+和负极VIN‑，谐振电容C3和谐振电感L5与变压器L4的原边绕组串联后，接第二开关管全桥逆变电路的两个输出端，即第二开关管全桥逆变电路两个半桥的中点。即，变压器L4原边绕组的第一端通过谐振电容C3接第二开关管全桥逆变电路第一半桥的中点，变压器L4原边绕组的第二端通过谐振电感L5接第二开关管全桥逆变电路第二半桥的中点。

[0021] 输出整流电路包括MOS管T3、T4、T5、T12、T13和T14组成的三个开关管半桥电路，MOS管T3和T12构成第一开关管半桥电路，MOS管T4和T13构成第二开关管半桥电路，MOS管T5和T14构成第三开关管半桥电路。

[0022] 三个开关管半桥电路的两端并接在DCDC直流输出端的正极VOUT+与负极VOUT‑之间。第一变压器L1副边绕组的第一端接第二开关管半桥电路的中点，第一变压器L1副边绕组的第二端接第一开关管半桥电路的中点，第一开关管半桥电路与第二开关管半桥电路构成第一可控全桥整流电路。第二变压器L4副边绕组的第一端接第一开关管半桥电路的中点，第二变压器L4副边绕组的第二端接第三开关管半桥电路的中点，第一开关管半桥电路与第三开关管半桥电路构成第二可控全桥整流电路。

[0023] 输出整流电路还包括第一副边谐振组件和第二副边谐振组件，第一副边谐振组件包括第一谐振电容C2和第一谐振电感L3，第二副边谐振组件包括第二谐振电容C4和第二谐振电感L6。第一变压器L1副边绕组的第一端通过第一谐振电容C2接第二开关管半桥电路的中点，第一变压器L1副边绕组的第二端通过第一谐振电感L3接第一开关管半桥电路的中点。第二变压器L4副边绕组的第一端通过第二谐振电容C4接第一开关管半桥电路的中点，第二变压器L4副边绕组的第二端通过第二谐振电感L6接第三开关管半桥电路的中点。

[0024] 其中变压器L1和L4原边绕组的第一端为同名端，第一变压器L1副边绕组的第一端为同名端，第二变压器L4副边绕组的第一端为同名端。

[0025] MOS管T1至T14包括体二极管，如果输出整流电路和开关管全桥逆变电路采用不包含体二极管的开关管，则开关管需要并联二极管。并联二极管的方向为电网侧或者用户侧电压的负极指向电压的正极。

[0026] 本发明以上实施例的隔离式双向DC/DC变换电路包括7个半桥电路，7个半桥电路由开关管T1至T14组成，开关管T1和T6的开关信号为互补，开关管T2和T7的开关信号互补，开关管T3和T12的开关信号互补，开关管T4和T13的开关信号互补，开关管T5和T14的开关信号互补，开关管T8和T10的开关信号互补，开关管T9和T11的开关信号互补。实际上，半桥电路在每对互补的开关信号之间插入一段短的停滞时间，以避免相脚直通。在本实施例中，基于输出电压或者电流，控制电路根据所选择的调制方式产生第1至14开关信号。本实例共有开关管14个，相对于申请号为202221076050.4的实用新型减少了6个。

[0027] 两个变压器副边绕组串联或并联的控制方法如下：

[0028] （a）在用户侧电压小于500V时，控制器产生控制信号控制两个变压器副边绕组相位相反，两个变压器副边绕组等效并联。开关管T1、开关管T7、开关管T9、开关管T10的控制信号相同，开关管T2、开关管T6、开关管T8、开关管T11的信号相同，开关管T1和开关管T2的控制信号互补；开关管T4、开关管T5和开关管T12的信号相同，开关管T3、开关管T13和开关管T14的控制信号相同，并与开关管T4、开关管T5和开关管T12的信号互补。第一开关管半桥电路与第二开关管半桥电路构成第一可控全桥整流电路，第一开关管半桥电路与第三开关管半桥电路构成第二可控全桥整流电路。第一可控全桥整流电路与第二可控全桥整流电路的输出并联。

[0029] （b）在用户侧电压大于500V时，控制器产生控制信号控制两个变压器副边绕组相位相同，两个变压器副边绕组等效串联。开关管T1、开关管T7、开关管T8、开关管T11的控制信号相同；开关管T2、开关管T6、开关管T9、开关管T10的控制信号相同，并与开关管T1、开关管T7、开关管T8、开关管T11的控制信号互补。开关管T4和开关管T14的控制信号相同，开关管T5和开关管T13的控制信号相同，并与开关管T4和开关管T14的控制信号互补，开关管T3、开关管T12的控制信号相同且为开关断开信号。此时，第一开关管半桥电路关闭，第二开关管半桥电路与第三开关管半桥电路构成可控全桥整流电路，可控全桥整流电路的输入为串接的两个变压器副边绕组。

[0030] （c）在串联切换为并联或者并联切换为串联的时候，由于存在开关管的内部寄生的二极管或者外部并联的二极管，电感保存的电流或者电容保存的电压不会突变，提供了电流的自然换向。

[0031] 本发明以上实施例隔离式双向DC/DC变换电路能够具有双向变换的宽范围的可调节输出电压，同时开关管的数量较少、并且可以带负载切换。本发明以上实施例可以同时使用调制方式控制和开关频率控制。在操作期间，可以根据控制器或在外部命令所提供的一个或者多个控制信号来选择调制方式。开关管的开关频率可以在调制的输出电压的闭环控制下决定，也可以例如在调制的输出电流的闭环控制下决定。根据选定的调制方式和装置开关频率，控制器产生控制信号，驱动隔离式双向DC/DC变换电路工作。