[发明专利]一种隔离型双向DC-DC变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力电子变换器技术领域，特别是关于一种直流电能到直流电能的能量双向传输的隔离型双向DC-DC变换器。

背景技术

双向DC-DC变换器(Bidirectional DC-DC Converters)是能够根据需要调节能量双向传输的直流到直流的变换器。主要应用于直流不停电电源系统、航天电源系统、直流电机驱动系统、混合能源电动汽车等场合。隔离型双向DC-DC变换器使用变压器利用磁耦合可以实现具有电气绝缘的电能变换，由于变压器原边和副边线圈的匝比可以设计，合理选取匝比可以使变换器在较好的条件下工作，获得较高或很低的电压，实现较大的电压变比，因而在双向DC-DC变换器中具有不可替代的地位。

隔离型双向全桥DC-DC变换器是一种适用于中大功率应用场合的双向直流变换器。这种电路拓扑一般采用移相控制，通过控制输入侧和输出侧驱动脉冲的相位差调节传递的功率，能在一定的范围内实现开关管的ZVS开通，但存在回流功率大、能量传输的有效时间不高等缺点，这些问题在输入输出电压不匹配时更为严重，此时甚至可能丧失开关管的软开关条件，导致系统效率急剧下降。针对上述问题，目前普遍的解决思路是从驱动脉冲的控制方法入手，主要的方法是不仅输入侧和输出侧的驱动脉冲存在相位差，同一侧桥式电路的开关管之间也存在相位差，使得加到变压器的等效电压不再是180°电角度正负交变的方波，而是脉宽可调的PWM波，控制裕度的增大可以实现比较多的控制方式，从而达到不一样的控制效果。这种解决方法能减小或消除回流功率，但却往往牺牲了变换器的功率传输能力或软开关特性，控制效果仍达不到要求。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种隔离型双向DC-DC变换器，能创造软开关条件减小开关管的开关损耗，消除回流功率，提高变换器效率，特别在输入输出电压不匹配时轻载效率有显著提升。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种隔离型双向DC-DC变换器，其特征在于：它包括初级侧稳压电容C₁、初级侧变换器、隔离变压器T、次级侧变换器、次级侧稳压电容C₂、第一电感L_k1、第二电感L_k2、第一二极管D₁和第二二极管D₂；所述初级侧变换器由四个第一至第四功率开关管S₁～S₄、两个第一至第二电感L_k1、L_k2构成，所述第一功率开关管S₁经所述第一电感L_k2与所述第二功率开关管S₂串联构成所述初级侧变换器的第一桥臂，所述第三功率开关管S₃经所述第二电感L_k1与所述第四功率开关管S₄串联构成所述初级侧变换器的第二桥臂；所述初级侧变换器正母线与负母线之间连接所述初级侧稳压电容C₁，所述第一电感L_k1一端连接所述隔离变压器T的初级绕组，另一端经所述第一二极管D₁连接所述初级侧变换器的母线；所述第二电感L_k2一端也连接所述隔离变压器T的初级绕组，另一端经所述第二二极管D₂连接所述初级侧变换器的母线；所述隔离变压器T的次级绕组连接所述次级侧变换器输入端，所述次级侧变换器的输出端正母线与负母线之间连接所述次级侧稳压电容C₂。

所述次级侧变换器由四个第五至第八功率开关管S₅～S₈构成桥式变换电路。

所述第一、第二电感L_k1、L_k2另一端与母线连接的第一种结构为：所述第一电感L_k1的另一端与所述第二功率开关管S₂串联后，所述第一电感L_k1的该端经所述第一二极管D₁连接所述初级侧变换器的正母线；所述第二电感L_k2的另一端与所述第四功率开关管S₄串联后，所述第二电感L_k2的该端经所述第二二极管D₂连接所述初级侧变换器的正母线。

所述第一、第二二极管D₁的阴极均连接所述初级侧变换器的正母线。