專利名稱：一種大功率雙向dc/dc變換器拓撲結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及DC/DC變換器，特別是涉及一種大功率雙向DC/DC變換器拓撲 結構。
背景技術：
采用能量回收系統是解決節能減排問題的有效手段，最早被用于電動汽車中， 這些車輛通常采用蓄電池，如鉛酸、鎳氫以及鋰離子電池作為能源與其主能量元件 組合共同作為動力源。但車輛啟動、加速和爬坡時，蓄電池要經常遭受大充放電電 流沖擊，電池壽命急劇衰減，且剎車、制動時產生能量也不能有效回收，這是傳統 蓄電池所存在的重大缺點。超級電容能量回收系統是近幾年來探索出的一種更加符 合環境要求的新型能量存儲技術。由于超級電容器具有快速存儲釋放能量、適用溫 度范圍寬、壽命長和易于管理等優點，如和其它能量元件(發動機、蓄電池、燃料 電池)組成聯合體共同工作，可使系統同時滿足動力性和經濟性要求，與其它儲能 元件(如蓄電池、超導、飛輪、壓縮空氣等)單獨使用相比，具有明顯優勢，是實 現能量回收利用、降低污染的一種有效途徑。
目前，隨著能量回收系統應用范圍進一步的拓寬，在城市軌道交通領域也有應 用，這不僅對能量存儲器件提出了高要求，對能量回收系統本身也提出了高可靠、 雙向大功率、低成本等要求，而這些要求的實現離不開合適的主電路拓撲。
目前大功率雙向DC/DC變換器拓撲分為隔離與非隔離型變換器，但考慮到前 者結構的復雜性和成本問題， 一般選用非隔離型變換器。
非隔離型變換器主要分為四種基本拓撲，即Buck， Boost, Buck-Boost與Cuk 電路，但其共有缺點是能量不能雙向流動，需要在其原有基礎上進行改進。目前已
有能量可以雙向流動的拓撲主要分為兩類
(1)單橋臂拓撲這是一種一二象限復合結構DC/DC變換器，是基本Buck
和Boost拓撲衍生物。其特點為拓撲簡單，但當高壓側電壓故障跌落(電壓小于低
壓側)時，IGBT1的反并聯二極管會故障導通，故存在電流失控危險，必須額外 添加高速保護設備，如圖1所示。
(2)雙橋臂拓撲這是采用兩套單橋臂拓撲級聯而成的拓撲，由于兩單橋臂
之間有一個比電網與能量存儲單元電壓都高的高壓電容環節，故雙橋臂拓撲不存在
電流失控危險，但是其拓撲及控制復雜、成本翻倍，如圖2所示。

發明內容
本發明所要解決的技術問題就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一 種大功率雙向DC/DC變換器拓撲結構。
本發明的目的可以通過以下技術方案來實現 一種大功率雙向DC/DC變換器 拓撲結構，包括高壓側濾波單元、橋臂單元、儲能及低壓側濾波單元、能量存儲單 元，所述的高壓側濾波單元、橋臂單元、儲能及低壓側濾波單元、能量存儲單元依 次連接，其特征在于，所述的橋臂單元包括開關管IGBT1，以及由開關管IGBT2、 開關管IGBT3構成的單橋臂電路，所述的開關管IGBT1、開關管IGBT2和開關管 IGBT3均帶有反并聯二極管，所述的開關管IGBT1的集電極與開關管IGBT2的集 電極連接，開關管IGBT2的發射極與開關管IGBT3的集電極連接，所述的開關管 IGBT1的發射極以及開關管IGBT3的發射極與高壓側濾波單元連接。
所述的能量存儲單元為蓄電池、超級電容器組或其它類型電儲能器件。
所述的高壓側濾波單元包括電感Lin、電容C1，所述的電感Lin的一端與電容 Cl的正極連接。
所述的開關管IGBT1的發射極與電容C1的正極連接，所述的開關管IGBT3 的發射極與電容C1的負極連接。
所述的儲能及低壓側濾波單元包括電感L、電容C2，所述的電感L的一端與 開關管IGBT3的集電極連接，該電感L的另一端與電容C2的正極連接，該電容 C2的負極與開關管IGBT3的發射極連接。
所述的能量存儲單元與電容C2的兩極連接。
與現有技術相比，本發明具有如下優點
1) 與普通單橋臂拓撲相比，其不存在電流失控危險，可靠性高；
2) 與雙橋臂拓撲相比，其結構簡單，控制容易，且成本要低很多。


圖1為現有的DC/DC變換器單橋臂拓撲結構示意圖； 圖2為現有的DC/DC變換器雙橋臂拓撲結構示意圖； 圖3為本發明的結構示意其中1-高壓側濾波單元，2-橋臂單元，3-儲能及低壓側濾波單元，4-能量存
儲單元。
具體實施例方式
如圖3所示， 一種大功率雙向DC/DC變換器拓撲結構，包括高壓側濾波單元 1、橋臂單元2、儲能及低壓側濾波單元3、能量存儲單元4，所述的高壓側濾波單 元l、橋臂單元2、儲能及低壓側濾波單元3、能量存儲單元依次連接4，所述的橋 臂單元2包括開關管IGBT1，以及由開關管IGBT2、開關管IGBT3構成的單橋臂 電路，所述的開關管IGBT1、開關管IGBT2和開關管IGBT3均帶有反并聯二極管， 所述的開關管IGBT1的集電極與開關管IGBT2的集電極連接，開關管IGBT2的發 射極與開關管IGBT3的集電極連接，所述的開關管IGBT1的發射極以及開關管 IGBT3的發射極與高壓側濾波單元連接。
所述的能量存儲單元4為蓄電池、超級電容器組或其它類型電儲能器件；所述 的高壓側濾波單元包括電感Lin、電容C1，所述的電感Lin的一端與電容Cl的正 極連接;所述的開關管IGBT1的發射極與電容C1的正極連接，所述的開關管IGBT3 的發射極與電容C1的負極連接；所述的儲能及低壓側濾波單元包括電感L、電容 C2，所述的電感L的一端與開關管IGBT3的集電極連接，該電感L的另一端與電 容C2的正極連接，該電容C2的負極與開關管IGBT3的發射極連接；所述的能量 存儲單元4與電容C2的兩極連接。
本發明的橋臂單元是由 一個單橋臂和一個保護開關管組成。單橋臂主要完成對 功率流的控制作用；當高壓側VI發生電壓跌落故障時，會導致IGBT2的反并聯 二極管故障導通，導致電流失控，此時，獨立開關管IGBT1迅速動作，切斷失控 電流。
權利要求
1.一種大功率雙向DC/DC變換器拓撲結構，包括高壓側濾波單元、橋臂單元、儲能及低壓側濾波單元、能量存儲單元，所述的高壓側濾波單元、橋臂單元、儲能及低壓側濾波單元、能量存儲單元依次連接，其特征在于，所述的橋臂單元包括開關管(IGBT1)，以及由開關管(IGBT2)、開關管(IGBT3)構成的單橋臂電路，所述的開關管(IGBT1)、開關管(IGBT2)和開關管(IGBT3)均帶有反并聯二極管，所述的開關管(IGBT1)的集電極與開關管(IGBT2)的集電極連接，開關管(IGBT2)的發射極與開關管(IGBT3)的集電極連接，所述的開關管(IGBT1)的發射極以及開關管(IGBT3)的發射極與高壓側濾波單元連接。
2. 根據權利要求1所述的一種大功率雙向DC/DC變換器拓撲結構，其特征 在于，所述的能量存儲單元為蓄電池、超級電容器組或其它類型電儲能器件。
3. 根據權利要求1所述的一種大功率雙向DC/DC變換器拓撲結構，其特征 在于，所述的高壓側濾波單元包括電感(Lin)、電容(C1)，所述的電感(Lin)的一端與 電容(C1)的正極連接。
4. 根據權利要求3所述的一種大功率雙向DC/DC變換器拓撲結構，其特征 在于，所述的開關管(IGBT1)的發射極與電容(C1)的正極連接，所述的開關管(IGBT3) 的發射極與電容(C1)的負極連接。
5. 根據權利要求1所述的一種大功率雙向DC/DC變換器拓撲結構，其特征 在于，所述的儲能及低壓側濾波單元包括電感(L)、電容(C2)，所述的電感(L)的一 端與開關管(IGBT3)的集電極連接，該電感(L)的另一端與電容(C2)的正極連接，該 電容(C2)的負極與開關管(IGBT3)的發射極連接。
6. 根據權利要求5所述的一種大功率雙向DC/DC變換器拓撲結構，其特征 在于，所述的能量存儲單元與電容(C2)的兩極連接。
全文摘要
本發明涉及一種大功率雙向DC/DC變換器拓撲結構，包括高壓側濾波單元、橋臂單元、儲能及低壓側濾波單元、能量存儲單元，所述的高壓側濾波單元、橋臂單元、儲能及低壓側濾波單元、能量存儲單元依次連接，所述的橋臂單元包括開關管IGBT1，以及由開關管IGBT2、開關管IGBT3構成的單橋臂電路。與現有技術相比，本發明是一種用于直流大功率能量回收及再利用場合的節能設備拓撲，能有效防止故障情況下電流失控、迅速完成過電流保護，具有功率能級高、結構簡單、控制容易、可靠性高、成本低的特點，本發明的拓撲結構更加適合于高可靠性雙向大功率工程應用場合。
文檔編號H02M3/155GK101350555SQ200810040359
公開日2009年1月21日 申請日期2008年7月8日 優先權日2008年7月8日
發明者吳璐璐, 姚勇濤, 張逸成, 朱學軍, 梁海泉, 沈玉琢, 波 王, 王靈艷 申請人:同濟大學