專利名稱：一種隔離直流雙向變換器的制作方法
一種隔離直流雙向變換器本發(fā)明涉及電源變換技術領域，尤其涉及一種隔離直流雙向變換器。 [背景技術]在新能源應用中，由于輸入端的不穩(wěn)定，通常會采用電池或超級電容進行儲能，這種情況下需要采用雙向變換器。在雙向變換器兩邊電壓差別很大的場合，如十倍以上情況下，采用不隔離的變換器模式效率較低，很不經(jīng)濟，特別是在某些情況下，由于安全的原因， 也是需要隔離，因此這種情況下需要采用隔離的雙向變換器。在輸出電壓較低的大功率應用中，采用何種模式，在目前尚無完整的解決方案；目前的雙向變換器各有優(yōu)缺點，但在一側(cè)為高壓小電流，另一側(cè)為低壓大電流的應用場合，均不太適用，特別在某些新能源應用中，對于低壓側(cè)需要恒流充電或者恒流放電的場合，目前存在的這些雙向變換器都不適合。本發(fā)明提供了一種隔離直流雙向變換器，特別適合于高壓端小電流到低壓端大電流的雙向變換。本發(fā)明的技術方案是一種隔離直流雙向變換器，包括DSP、第一 MOS管、第二 MOS管、第三MOS管、第四 MOS管、第五MOS管、第六MOS管、變壓器、隔離驅(qū)動單元、隔離單元、電感、電解電容，其中，變壓器包括一個原邊繞組和兩個副邊繞組；第一 MOS管和第二 MOS管的漏極分別接高壓端，第一 MOS管的源極和第三MOS管的漏極連接，第二MOS管的源極和第四MOS管的漏極連接，第三MOS管和第四MOS管的源極分別接地，DSP的其中一個驅(qū)動端通過隔離驅(qū)動單元分別與第一 MOS管、第二 MOS管、第三 MOS管、第四MOS管的柵極連接，DSP的其中一個電壓檢測端通過隔離單元與高壓端連接，另一個電壓檢測端與低壓端連接，DSP的電流檢測端連接在第五MOS管的源極和地的連接點之間；變壓器的原邊繞組的其中一端與第二 MOS管和第四MOS管的連接點連接，另一端與第一MOS管和第三MOS管的連接點連接；電感的一端與兩個副邊繞組的連接點連接，另一端分別接低壓端和電解電容的正極，電解電容的負極接地；DSP的另一個驅(qū)動端分別與第五MOS管和第六MOS管的柵極連接，第五MOS管的漏極與其中一個副邊繞組連接，第五MOS 管和第六MOS管的源極分別接地，第六MOS管的漏極與另一個副邊繞組連接；當能量從高壓端流向低壓端時，DSP通過隔離驅(qū)動單元驅(qū)動第一 MOS管、第二 MOS 管、第三MOS管、第四MOS管進行全橋移相變換，并驅(qū)動第五MOS管和第六MOS管進行同步整流；當能量從低壓端流向高壓端時，DSP驅(qū)動第五MOS管和第六MOS管進行推挽變換，并驅(qū)動第一 MOS管、第二 MOS管、第三MOS管、第四MOS管進行同步整流。本發(fā)明的雙向變換器，DSP根據(jù)實際控制的需求，控制第一 MOS管、第二 MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管的驅(qū)動方式，可以實現(xiàn)能量從低壓端到高壓端的流動，也可實現(xiàn)從高壓端到低壓端的流動，從而實現(xiàn)能量的雙向流動；該雙向變換器通過變壓器實現(xiàn)了低壓端、高壓端電壓的隔離，通過隔離驅(qū)動單元和隔離單元實現(xiàn)了直流隔離，而且由于低壓端為中間抽頭的全波整流，可以處理較大的電流，因此本發(fā)明的雙向變換器特別適合于高壓端小電流到低壓端大電流的雙向變換。

圖1是本發(fā)明隔離直流雙向變換器在一實施例中的電路原理圖；圖2是高壓端Vl到低壓端V2變換的原理及波形圖；圖3是低壓端V2到高壓端Vl變換的原理及波形圖。下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施例做一詳細的闡述。本發(fā)明的隔離直流雙向變換器，能實現(xiàn)能量的雙向流動，通過變壓器實現(xiàn)了低壓端、高壓端電壓的隔離，通過隔離驅(qū)動單元和隔離單元實現(xiàn)了直流隔離，特別適合于高壓端小電流到低壓端大電流的雙向變換。如圖1所示，本發(fā)明的雙向變換器，包括DSP、第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4、第五MOS管Q5、第六MOS管Q6、變壓器、隔離驅(qū)動單元、隔離單元、電感L2、電解電容Cl，其中，變壓器包括一個原邊繞組Ll-A和兩個副邊繞組Ll-B、Ll-C ；第一 MOS管Ql和第二 MOS管Q2的漏極分別接高壓端Vl，第一 MOS管Ql的源極和第三MOS管Q3的漏極連接，第二 MOS管Q2的源極和第四MOS管Q4的漏極連接，第三MOS管Q3和第四MOS管Q4的源極分別接地，DSP的其中一個驅(qū)動端通過隔離驅(qū)動單元分別與第一 MOS管Ql、第二 MOS管Q2、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4的柵極連接，DSP的其中一個電壓檢測端通過隔離單元與高壓端Vl連接，另一個電壓檢測端與低壓端V2連接，DSP的電流檢測端連接在第五MOS管Q5的源極和地的連接點之間；變壓器的原邊繞組Ll-A的其中一端與第二 MOS管Q2和第四MOS管Q4的連接點連接，另一端與第一 MOS管Ql和第三MOS管Q3的連接點連接；電感L2的一端與兩個副邊繞組L1-B、L1-C的連接點連接，另一端分別接低壓端V2和電解電容Cl的正極，電解電容Cl的負極接地；DSP的另一個驅(qū)動端分別與第五MOS管Q5和第六MOS管Q6的柵極連接，第五MOS管Q5的漏極與其中一個副邊繞組Ll-C連接，第五MOS管Q5和第六MOS管Q6的源極分別接地，第六MOS管Q6的漏極與另一個副邊繞組Ll-B連接；當能量從高壓端流向低壓端時，DSP通過隔離驅(qū)動單元驅(qū)動第一 MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4進行全橋移相變換，并驅(qū)動第五MOS管Q5和第六MOS管Q6進行同步整流；當能量從低壓端流向高壓端時，DSP驅(qū)動第五MOS管Q5和第六MOS管Q6進行推挽變換，并驅(qū)動第一 MOS管Q1、第二 MOS管Q2、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4進行同步整流。具體實施時，本發(fā)明還可以包括第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4 ；第一二極管Dl的陰極與第一 MOS管Ql的漏極連接，陽極與第一 MOS管Ql的源極連接；第二二極管D2的陰極與第二 MOS管Q2的漏極連接，陽極與第二 MOS管Q2的源極連接；第三二極管D3的陰極與第三MOS管Q3的漏極連接，陽極與第三MOS管Q3的源極連接；第四二極管D4的陰極與第四MOS管Q4的漏極連接，陽極與第四MOS管Q4的源極連接。在進行同步整流時，可以分別利用與MOS管并聯(lián)的二極管進行工作，此時可以不再驅(qū)動 MOS管工作。另外，基于同樣的道理，本發(fā)明還可以包括第五二極管D5和第六二極管D6 ；第五二極管D5的陰極與第五MOS管Q5的漏極連接，陽極與第五MOS管Q5的源極連接；第六二極管D6的陰極與第六MOS管Q6的漏極連接，陽極與第六MOS管Q6的源極連接。其中，從高壓端Vl到低壓端V2的變換是一個全橋變換器，輸出側(cè)為中間抽頭的全橋整流，從低壓端V2到高壓端Vl的變換是電流型推挽模式，輸出側(cè)為全橋整流；從高壓端 Vl到低壓端V2的變換中，MOS管Q1、Q2、Q3、Q4工作在開關狀態(tài)，MOS管Q5、Q6可以直接工作在同步整流狀態(tài)，也可簡單的利用其體二極管或并聯(lián)的二極管工作，此時不需要驅(qū)動MOS 管Q5、Q6 ；從低壓端V2到高壓端Vl的變換中，MOS管Q5、Q6工作在開關管狀態(tài)，MOS管Q1、 Q2、Q3、Q4可以利用其體二極管或并聯(lián)的二極管工作(此時無需驅(qū)動)在同步整流狀態(tài)。其控制原理說明如下高壓端Vl到低壓端V2的變換是PWM全橋控制，原理如圖2所示，分析如下t0時刻，MOS管Q1、Q3同時導通，tl時刻，MOS管Q1、Q3同時關斷；此時間內(nèi)，輸出電感L2的電流線性上升，變壓器輸出通過MOS管Q5整流輸出；tl時刻到t2時刻，MOS管Q1、Q2、Q3、Q4全部關斷，輸出電感L2中電流線性下降， 變壓器副邊繞組均有電流流過，電流通過MOS管Q5、Q6續(xù)流，這兩個MOS管中電流相等；t2時刻，MOS管Q2、Q4同時開通，進入另一個能量傳遞過程，輸出電感L2中的電流線性上升，變壓器輸出通過MOS管Q6整流輸出；此狀態(tài)直到t3時刻MOS管Q2、Q4關斷為止；t3時亥lj，M0S管Q2、Q4關斷，變壓器副邊繞組進入續(xù)流階段，輸出電感L2中電流線性下降，變壓器副邊繞組均有電流流過，電流通過MOS管Q5、Q6續(xù)流，這兩個MOS管中電流相等；直到t0，時刻，MOS管Q1、Q3重新開通，t0到t0，時刻為一個周期，從該t0，時刻
又是一個新周期開始，其后工作按to到to’時刻內(nèi)的原理進行。低壓端V2到高壓端Vl的變換是電流型推挽模式，控制原理如圖3所示，分析如下假設在t0時亥lj，MOS管Q5導通，MOS管Q6關斷，此時電感L2中電流線性減小，變壓器原邊輸出通過MOS管Ql、Q3整流后輸出到高壓端Vl ；tl時亥lj，M0S管Q6開通，MOS管Q5繼續(xù)開通，此時變壓器相當于短路，及低壓端V2 的電壓通過電感L2及MOS管Q5、Q6到地，因此電感L2中電流會線性上升；t2時亥lj，M0S管Q6繼續(xù)開通，MOS管Q5關斷，此時變壓器開始工作，變壓器原邊繞組側(cè)通過MOS管Q2、Q4整流后輸出到低壓端Vl ；t3時亥lj，M0S管Q5開通，MOS管Q6繼續(xù)開通，此時變壓器相當于短路狀態(tài)，電感L2 中電流線性上升；直到t0’時刻，MOS管Q6關斷，一個完整的開關周期結束，此時工作狀態(tài)又重新從 to時刻開始。
如圖1所示實際為一個IKW隔離雙向變換器，兩邊電壓Vl為800V，V2為12V，采用DSP進行控制，檢測低壓端V2側(cè)電壓和電流，隔離后檢測高壓端Vl側(cè)電壓，DSP設置在低壓端Vl側(cè)，故低壓端Vl側(cè)的隔離驅(qū)動不需要隔離；隔離單元和隔離驅(qū)動單元具體可以采用線性光耦隔離，如HCPL-T250。系統(tǒng)設計的目標是低壓端V2輸出為恒壓恒流，即低壓端輸出電流過大時將輸出恒流，低壓端輸出的最大電流控制在80A，當電流小于80A時系統(tǒng)母線電壓為12V，12V母線接收外部能量時，系統(tǒng)啟動從12V到800V的變換，并將系統(tǒng)母線維持在12V，低壓端最大的吸收電流控制在80A。由于系統(tǒng)采用DSP控制，DSP檢測低壓端電壓、電流，根據(jù)電流流向和電壓設定相應的驅(qū)動模式，當能量從高壓端流向低壓端時，通過隔離驅(qū)動MOS管Ql、Q2、Q3、Q4進行全橋變換，根據(jù)相應控制，驅(qū)動MOS管Q5、Q6，使其工作在同步整流狀態(tài)(參見圖2)；當能量從低壓端流向高壓端時，驅(qū)動MOS管Q5、Q6工作(參見圖3)，由于高壓端電流較小，此時MOS 管Ql、Q2、Q3、Q4不驅(qū)動，可以利用與其并聯(lián)的二極管進行整流；控制中向DSP里輸入相關控制算法后，進行各個MOS管的驅(qū)動控制，以滿足系統(tǒng)要求。以上所述的本發(fā)明實施方式，并不構成對本發(fā)明保護范圍的限定。任何在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的權利要求保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種隔離直流雙向變換器，其特征在于，包括DSP、第一 MOS管、第二 MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管、變壓器、隔離驅(qū)動單元、隔離單元、電感、電解電容，其中，變壓器包括一個原邊繞組和兩個副邊繞組；第一 MOS管和第二 MOS管的漏極分別接高壓端，第一 MOS管的源極和第三MOS管的漏極連接，第二MOS管的源極和第四MOS管的漏極連接，第三MOS管和第四MOS管的源極分別接地；DSP的其中一個驅(qū)動端通過隔離驅(qū)動單元分別與第一 MOS管、第二 MOS管、第三MOS管、第四MOS管的柵極連接，DSP的其中一個電壓檢測端通過隔離單元與高壓端連接，另一個電壓檢測端與低壓端連接，DSP的電流檢測端連接在第五MOS管的源極和地的連接點之間；變壓器的原邊繞組的其中一端與第二 MOS管和第四MOS管的連接點連接，另一端與第一MOS管和第三MOS管的連接點連接；電感的一端與兩個副邊繞組的連接點連接，另一端分別接低壓端和電解電容的正極，電解電容的負極接地；DSP的另一個驅(qū)動端分別與第五MOS管和第六MOS管的柵極連接，第五MOS管的漏極與其中一個副邊繞組連接，第五MOS管和第六MOS管的源極分別接地，第六MOS管的漏極與另一個副邊繞組連接；當能量從高壓端流向低壓端時，DSP通過隔離驅(qū)動單元驅(qū)動第一 MOS管、第二 MOS管、第三MOS管、第四MOS管進行全橋移相變換，并驅(qū)動第五MOS管和第六MOS管進行同步整流；當能量從低壓端流向高壓端時，DSP驅(qū)動第五MOS管和第六MOS管進行推挽變換，并驅(qū)動第一 MOS管、第二 MOS管、第三MOS管、第四MOS管進行同步整流。
2.根據(jù)權利要求1所述的隔離直流雙向變換器，其特征在于還包括第一二極管、第二二極管、第三二極管、第四二極管；第一二極管的陰極與第一 MOS管的漏極連接，陽極與第一 MOS管的源極連接；第二二極管的陰極與第二 MOS管的漏極連接，陽極與第二 MOS管的源極連接；第三二極管的陰極與第三MOS管的漏極連接，陽極與第三MOS管的源極連接；第四二極管的陰極與第四MOS管的漏極連接，陽極與第四MOS管的源極連接。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的隔離直流雙向變換器，其特征在于還包括第五二極管和第六二極管；第五二極管的陰極與第五MOS管的漏極連接，陽極與第五MOS管的源極連接；第六二極管的陰極與第六MOS管的漏極連接，陽極與第六MOS管的源極連接。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的隔離直流雙向變換器，其特征在于所述隔離單元或隔離驅(qū)動單元采用線性光耦隔離。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種隔離直流雙向變換器，其包括DSP、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管、變壓器、隔離驅(qū)動單元、隔離單元、電感、電解電容，變壓器包括一個原邊繞組和兩個副邊繞組；當能量從高壓端流向低壓端時，DSP通過隔離驅(qū)動單元驅(qū)動第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管進行全橋變換，并驅(qū)動第五MOS管和第六MOS管進行同步整流；當能量從低壓端流向高壓端時，DSP驅(qū)動第五MOS管和第六MOS管進行推挽變換，并驅(qū)動第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管進行同步整流。本發(fā)明特別適合于高壓端小電流到低壓端大電流的雙向變換。
文檔編號H02M7/797GK102570831SQ20121000215
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月5日 優(yōu)先權日2012年1月5日
發(fā)明者阮世良 申請人:深圳市高斯寶電氣技術有限公司