[实用新型]一种低基础纹波的大功率双向DC/DC电路拓扑结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，特别是新能源汽车电机以及电机控制器测试以及电池充放电测试设计的大功率双向DC/DC主电路结构。

背景技术

新能源汽车经过近十年的发展，迎来了高速发展的时机。随着新能源汽车产能的提升，其直接的上游产业新能源电机、电机控制器以及新能源动力电池测试中能量的消耗越来越受到重视，第一代的直接耗能式测试电源（把测试过程中的制动再生能量或者电池测试中的能量用电阻以热量的形式消耗，简称耗能式）的测试方式显然与新能源行业节能减排的口号相违背。第二代的双向回馈式测试电源也就在此时进入大家视线，双向回馈式测试电源可以把新能源测试过程中的制动再生能量或者电池测试中的能量回馈到电网，实现了能量的循环利用，与新能源汽车行业的节能减排的宗旨相吻合，所以越来越受到相关企业的重视。

经过近年的高速发展，新能源汽车功率呈逐渐增加的趋势，受限于风冷散热条件的限制，常规双向DC/DC电路拓扑功率等级已无太多空间，双向回馈式测试电源已然不能够满足新的使用需求。

常见基本的非隔离式DC/DC拓扑结构有BUCK、BOOST、CUK、SEPIC、ZETA几种，以上几种电路拓扑结构均是单向结构。

传统的BUCK-BOOST从左往右为BUCK降压工作模式， DC-BUS为源端，Uo为输出端；从右往左为BOOST升压工作模式，DC-BUS为输出端，Uo为源端。其中，Q1、Q2为开关管，C1、C2为电容，L1为电感，R1、R2分别是C1、C2的放电电阻。

当工作在BUCK降压模式时，开关管Q1工作在开关状态，开关管Q2处于关断状态，仅使用其体二极管为电感L1续流。此时能量由DC-BUS端流向Uo端。

当工作在BOOST升压模式时，开关管Q1处于关闭状态，Q1的体二极管保证C1电能不被Q2放电，开关管Q2工作在开关状态。此时能量由Uo端流向DC-BUS端。

从以上是常规的BUCK-BOOST电路工作流程分析可见：无论是BUCK工作模式还是BOOST工作模式，电路的基础纹波均为电路设计的电流纹波率r，通常r的取值范围是0.2-0.5，为方便计算说明，此处r取0.3。首先我们假定DC的设计输出为I1，则电路的基础纹波为0.3I1，G1为开关管Q1的驱动波形，L1为电感电流波形。可见电感电流波形与驱动波形同频率且同相位。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种低基础纹波的适合大功率的双向DC/DC电路拓扑结构。

本实用新型包括U1端和U2端，在U1端并联由第一电容器C1和第一电阻R1组成的第一滤波电路，在U2端并联由第二电容器C2和第二电阻R2组成的第二滤波电路，其特征在于：在第一滤波电路上并联由六只开关管组成的三桥臂六管电路，其中的每一桥臂由串接的两只开关管组成，在每一桥臂的所述两只开关管之间分别各自连接一只电感的一端，每一只电感的另一端分别与第二滤波电路的正极端连接。

每一桥臂分别移相120度。

当U1为源，U2为输出时为BUCK即降压工作模式；当U2为源，U1为输出时为BOOST即升压工作模式。本实用新型使用基本的非隔离BUCK和BOOST电路的三组复合实现能量的双向流动，通过三组PWM的相移120度实现低纹波。同时，因为分散了功率开关管的布局，更加有利于整机的热设计，功率等级的提升空间大大增加。本实用新型采用分散的散热设计，是一种适合大功率低基础纹波的非隔离式DC/DC的电源设备的拓扑结构。

附图说明

图1为本实用新型的一种结构示意图。

图2为本实用新型为升压工作模式的开关管驱动电压波形图。

图3为本实用新型为降压工作模式的开关管驱动电压波形图。

图4为本实用新型拓扑结构对应的桥臂1、桥臂2、桥臂3的对应驱动以及电流波形图。

图5为三路波形的复合波形图。

图6为本实用新型电路拓扑结构的仿真软件MATLAB_simulink的仿真波形的描绘波形图。

图7为传统电路拓扑结构的仿真软件MATLAB_simulink的仿真波形的描绘波形图。

具体实施方式