一種雙向隔離直流-直流變換器的製造方法

2023-06-23 03:20:26

一種雙向隔離直流-直流變換器的製造方法
【專利摘要】一種雙向隔離直流-直流變換器，包括原邊逆變/整流電路、高頻變壓器、副邊整流/逆變電路，原邊逆變/整流電路與副邊整流/逆變電路結構相同且以高頻變壓器為中心對稱設置，採用對稱的全橋LLC結構，拓撲結構更為簡單，而且沒有諧振電容箝位電路，故輸出能力要強很多，而且實現了快速有效的短路保護；同時本實用新型所提出的拓撲無論哪一側作為輸入都可以很好地實現軟開關，電壓到數百伏以上時，仍然能保持高效率、高可靠性、較低的電磁幹擾EMI，工作穩定可靠、性能指標好、效率高、體積小，而且電路中的所有器件均可用多個同類器件並聯、串聯或串並聯組合實現，電路連接簡單方便。
【專利說明】 一種雙向隔離直流-直流變換器

【技術領域】
[0001]本實用新型屬於電力電子應用【技術領域】，涉及到一種雙向隔離直流-直流變換器。

【背景技術】
[0002]直流變換器是將直流電轉化為另一種形式的直流電的裝置。直流變換器應用非常廣泛，手機充電器、計算機電源、家用電器、電力系統、新能源發電、電動汽車等等領域都有直流變換器的存在。通常直流-直流變換器都是單向工作的，主要原因是因為功率開關(晶閘管SCR，絕緣柵雙極型電晶體IGBT、金屬氧化物半導體場效應電晶體MOS等)均為單向工作器件，並且主功率迴路上一般都有單向工作的二極體，所以能量只能單向流動。然而，隨著時代的進步和科技的發展，在電池活化、儲能電站、電動汽車、太陽能發電系統、航空電源等領域雙向直流-直流變換器獲得了越來越廣泛的應用，隨著新能源發電、新能源汽車等領域的進一步發展和能源危機的進一步加劇，雙向直流-直流變換器的研宄正在進入新的階段。
[0003]最簡單的雙向直流-直流變換器就是將兩個單向直流-直流變換器反相併聯起來，但是這種方案所需的成本太高，所以大家更傾向於採用單機雙向直流-直流變換器。
[0004]很多應用場合要求直流-直流變換器的輸入輸出電氣隔離，引用百度百科的一段話所謂電氣隔離，就是將電源與用電迴路作電氣上的隔離，即將用電的分支電路與整個電氣系統隔離，使之成為一個在電氣上被隔離的、獨立的不接地安全系統，以防止在裸露導體故障帶電情況下發生間接觸電危險。要實行電氣隔離，必須滿足以下條件:(I)每一分支電路使用一臺隔離變壓器，這種變壓器的耐壓試驗電壓，比普通變壓器高，應符合II級電工產品(雙重絕緣或加強絕緣)的要求，也可使用與隔離變壓器的絕緣性能相等的繞制；(2)所謂電氣隔離，就是使兩個電路之間沒有電氣上的直接聯繫，即兩個電路之間是相互絕緣的，同時還要保證兩個電路維持能量傳輸的關係。」
[0005]非隔離的直流變換器已經非常成熟，一個方向升壓一個方向降壓的BUCK/BOOST一體的非隔離直流-直流變換器構造簡單，性能穩定，已經被廣泛地應用到工業電源之中。
[0006]隔離的直流變換器業內尚無成熟的典型設計。理論上講，只要將任何一種單方向的直流-直流變換器拓撲中的單向器件換成可控的雙向器件即得到對應的雙向拓撲，儘管大多需要付出性能、成本等方面的代價，但這樣簡單置換的方法一般無法用於軟開關變換器。
[0007]在數百伏電壓以上的場合，傳統的硬開關變換器在效率/可靠性/電磁兼容多個方面都不能勝任，必須要採用軟開關變換器。單向的軟開關變換器主要以輔助開關、有源箝位、無損吸收、諧振/準諧振等多種方式實現，這些方式各有利弊和其所適用的應用場合，不再一一贅述。近年來流行的調頻控制的諧振式LLC拓撲可以說是在電壓等級數百伏、功率幾百瓦到十幾千瓦條件下最適合的拓撲。通合電子專利號為01135317.1的發明專利「諧振電壓控制型功率變換器」正是此拓撲的成功應用之一。
[0008]簡單的器件置換是無法實現雙向軟開關變換器的。據我們所了解，雙向都能實現軟開關的技術，只有華北電力大學於2011年申報的申請號為201110140067.1名稱為一種對稱半橋LLC諧振式雙向直流-直流變換器的發明專利，其電路原理圖如圖1所示。據我們的仿真和實驗分析，在兩邊的直流源都為固定電壓時，通過設計合適的網絡參數，可實現雙向變換時的全程軟開關。但是由於此拓撲中的二極體直接並聯在諧振電容(C11、C12、C21、C22)，使諧振電壓被箝位至電源電壓，這在短路保護等極限條件下會帶來好處，但是弊端也很明顯，即同等硬體條件下輸出能力嚴重不足。由於兩個方向傳輸時都是如此，因此實際上無論哪一個方向，其電壓增益都是降低的。舉個簡單的例子，若Vdcl = 200V，變壓器匝比為1:1，由於是半橋電路的關係，實際上輸出電壓最尚只能到100V左右，即Vdc2最尚只能等於100V，可是反相傳輸的時候，由於Vdc2 = 100V，變壓器匝比同樣為1:1，再加上半橋的因素，Vdcl就只能等於50V 了。當然，以上只是定性的分析，實際上由於LLC諧振網絡的作用，兩側的電壓不至於不能平衡，但是輸出能力的嚴重下降則是必然現象，同樣規格的磁性元件、諧振電容和開關管，在普通單向LLC的情況下輸出能力如果有1KW的話，則在這種諧振電壓被雙向箝位的條件下，實際功率連三分之一都達不到，如果兩側的直流電壓不是固定值而是一個變化範圍的話，則恐怕連五分之一都有困難了。因此在寬範圍、大功率的應用中，此方案所實現的雙向變換器雖然在電路原理、軟開關等方面取得了優勢，但是成本和體積上恐怕還未必能比得上兩臺背靠背的單向變換器。
[0009]另一個就是廣東易事特電源股份有限公司於2014年I月21日申報的申請號為201410027890.5名稱為一種雙向直流變換電路及開關電源的發明專利。雖然這是一個雙向變換的整機專利，但是其中也包含雙向直流變換器的部分，其電路原理圖如圖2所示。此拓撲一邊是全橋LLC，另一邊是普通全橋，功率輸出能力是毫無問題的，但是其全橋側(Q3?Q6)這一邊無法實現軟開關，故此拓撲的這一側作為輸入時電壓不能太高，一旦到數百伏以上，效率、可靠性和EMI方面的性能都會急劇下降。


【發明內容】

[0010]本實用新型為了克服現有技術的缺陷，設計了一種工作穩定可靠、性能指標好、效率高、體積小的雙向隔離直流-直流變換器。
[0011]本實用新型所採取的具體技術方案是:一種雙向隔離直流-直流變換器，包括原邊逆變/整流電路、高頻變壓器、副邊整流/逆變電路，關鍵是:所述的原邊逆變/整流電路與副邊整流/逆變電路結構相同且以高頻變壓器為中心對稱設置，其中，
[0012]原邊逆變/整流電路包括第一電子開關、第二電子開關、第五電子開關、第六電子開關、第一濾波電容，第一濾波電容與第一直流電源並聯，第一直流電源的負極與保護地連接，第一電子開關和第五電子開關串聯後並聯在第一直流電源的正負極之間，第二電子開關和第六電子開關串聯後也並聯在第一直流電源的正負極之間，第一電子開關和第五電子開關的中點依次串聯第一諧振電感和第一諧振電容後與高頻變壓器原邊激磁電感的一端連接，第二電子開關和第六電子開關的中點與高頻變壓器原邊激磁電感的另一端連接，第一二極體並聯在第一電子開關兩端，第一電容並聯在第一二極體兩端，第二二極體並聯在第二電子開關兩端，第二電容並聯在第二二極體兩端，第五二極體並聯在第五電子開關兩端，第五電容並聯在第五二極體兩端，第六二極體並聯在第六電子開關兩端，第六電容並聯在第六二極體兩端，第一二極體和第二二極體的負極都與第一直流電源的正極連接，第五二極體和第六二極體的正極都與第一直流電源的負極連接；
[0013]副邊整流/逆變電路包括第四電子開關、第三電子開關、第八電子開關、第七電子開關、第二濾波電容，第二濾波電容與第二直流電源並聯，第二直流電源的負極與信號地連接，第四電子開關和第八電子開關串聯後並聯在第二直流電源的正負極之間，第三電子開關和第七電子開關串聯後也並聯在第二直流電源的正負極之間，第四電子開關和第八電子開關的中點依次串聯第二諧振電感和第二諧振電容後與高頻變壓器副邊激磁電感的一端連接，第三電子開關和第七電子開關的中點與高頻變壓器副邊激磁電感的另一端連接，第四二極體並聯在第四電子開關兩端，第四電容並聯在第四二極體兩端，第三二極體並聯在第三電子開關兩端，第三電容並聯在第三二極體兩端，第八二極體並聯在第八電子開關兩端，第八電容並聯在第八二極體兩端，第七二極體並聯在第七電子開關兩端，第七電容並聯在第七二極體兩端，第三二極體和第四二極體的負極都與第二直流電源的正極連接，第七二極體和第八二極體的正極都與第二直流電源的負極連接。
[0014]所述的第一電子開關、第二電子開關、第三電子開關、第四電子開關、第五電子開關、第六電子開關、第七電子開關、第八電子開關都是絕緣柵雙極型電晶體IGBT、金屬氧化物半導體場效應電晶體MOS、或碳化矽金屬氧化物半導體場效應電晶體SiC-MOS中的一種。
[0015]所述的第一二極體、第二二極體、第三二極體、第四二極體、第五二極體和第六二極體、第七二極體、第八二極體都是矽Si半導體二極體、或碳化矽SiC半導體二極體。
[0016]所述的第一二極體、第二二極體、第三二極體、第四二極體、第五二極體和第六二極體、第七二極體、第八二極體都是絕緣柵雙極型電晶體IGBT或金屬氧化物半導體場效應電晶體MOS的寄生或集成的體二極體。
[0017]所述的第一電容、第二電容、第三電容、第四電容、第五電容、第六電容、第七電容、第八電容都是獨立的電容器、或者是相應電子開關的寄生電容。
[0018]本實用新型的有益效果是:採用對稱的全橋LLC結構，與華北電力大學的專利相比，本實用新型所提出的拓撲結構更為簡單，而且是全橋結構，沒有諧振電容箝位電路，故輸出能力要強很多，而且實現了快速有效的短路保護，解決了一般大功率LLC拓撲都要面臨的短路保護不易的難題；同時本實用新型所提出的拓撲結構兩側完全對稱，工作方式完全一樣，無論哪一側作為輸入都可以很好地實現所有功率器件的軟開關，電壓到400-660V時，仍然能保持高效率、高可靠性、較低的電磁幹擾EMI，解決了廣東易事特電源股份有限公司的專利的難題，工作穩定可靠、性能指標好、效率高、體積小，而且電路中的所有器件均可用多個同類器件並聯、串聯或串並聯組合實現，電路連接簡單方便。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為華北電力大學的電路原理圖。
[0020]圖2為廣東易事特電源股份有限公司的電路原理圖。
[0021]圖3為本實用新型的電路原理圖。
[0022]圖4為本實用新型在進行正向功率傳輸時的等效原理圖。
[0023]圖5為本實用新型在進行逆向功率傳輸時的等效原理圖。
[0024]圖6為本實用新型在進行正向功率傳輸時的驅動信號⑶I和⑶2的波形。
[0025]圖7為本實用新型在進行正向功率傳輸時處於第一工作狀態時驅動信號⑶I和GD2的波形、以及流過變換器原邊和副邊的電流波形。
[0026]圖8為本實用新型在進行正向功率傳輸時處於第二工作狀態時驅動信號⑶I和GD2的波形、以及流過變換器原邊和副邊的電流波形。
[0027]圖9為本實用新型在進行正向功率傳輸時處於第三工作狀態時驅動信號⑶I和GD2的波形、以及流過變換器原邊和副邊的電流波形。
[0028]圖3、圖4、圖5中，Vdcl代表第一直流電源，Vdc2代表第二直流電源，PGND代表保護地，SGND代表信號地，Tl代表高頻變壓器，Lml代表原邊激磁電感，Lm2代表副邊激磁電感，Lrl代表第一諧振電感，Crl代表第一諧振電容，Lr2代表第二諧振電感，Cr2代表第二諧振電容，SI代表第一電子開關，S2代表第二電子開關，S3代表第三電子開關，S4代表第四電子開關，S5代表第五電子開關，S6代表第六電子開關，S7代表第七電子開關，S8代表第八電子開關，Dl代表第一二極體，D2代表第二二極體，D3代表第三二極體，D4代表第四二極體，D5代表第五二極體，D6代表第六二極體，D7代表第七二極體，D8代表第八二極體，Cl代表第一電容，C2代表第二電容，C3代表第三電容，C4代表第四電容，C5代表第五電容，C6代表第六電容，C7代表第七電容，C8代表第八電容，CDl代表第一濾波電容，CD2代表第二濾波電容。

【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖對本實用新型做詳細說明:
[0030]如圖3所示，一種雙向隔離直流-直流變換器，包括原邊逆變/整流電路、高頻變壓器Tl、副邊整流/逆變電路，原邊逆變/整流電路與副邊整流/逆變電路結構相同且以高頻變壓器Tl為中心對稱設置，其中，
[0031]原邊逆變/整流電路包括第一電子開關S1、第二電子開關S2、第五電子開關S5、第六電子開關S6、第一濾波電容⑶1，第一濾波電容⑶I與第一直流電源Vdcl並聯，第一直流電源Vdcl的負極與保護地PGND連接，第一電子開關SI和第五電子開關S5串聯後並聯在第一直流電源Vdcl的正負極之間，第二電子開關S2和第六電子開關S6串聯後也並聯在第一直流電源Vdcl的正負極之間，第一電子開關SI和第五電子開關S5的中點依次串聯第一諧振電感Lrl和第一諧振電容Crl後與高頻變壓器Tl原邊激磁電感Lml的一端連接，第二電子開關S2和第六電子開關S6的中點與高頻變壓器Tl原邊激磁電感Lml的另一端連接，第一二極體Dl並聯在第一電子開關SI兩端，第一電容Cl並聯在第一二極體Dl兩端，第二二極體D2並聯在第二電子開關S2兩端，第二電容C2並聯在第二二極體D2兩端，第五二極體D5並聯在第五電子開關S5兩端，第五電容C5並聯在第五二極體D5兩端，第六二極體D6並聯在第六電子開關S6兩端，第六電容C6並聯在第六二極體D6兩端，第一二極體Dl和第二二極體D2的負極都與第一直流電源Vdcl的正極連接，第五二極體D5和第六二極體D6的正極都與第一直流電源Vdcl的負極連接；
[0032]副邊整流/逆變電路包括第四電子開關S4、第三電子開關S3、第八電子開關S8、第七電子開關S7、第二濾波電容⑶2，第二濾波電容⑶2與第二直流電源Vdc2並聯，第二直流電源Vdc2的負極與信號地SGND連接，第四電子開關S4和第八電子開關S8串聯後並聯在第二直流電源Vdc2的正負極之間，第三電子開關S3和第七電子開關S7串聯後也並聯在第二直流電源Vdc2的正負極之間，第四電子開關S4和第八電子開關S8的中點依次串聯第二諧振電感Lr2和第二諧振電容Cr2後與高頻變壓器Tl副邊激磁電感Lm2的一端連接，第三電子開關S3和第七電子開關S7的中點與高頻變壓器Tl副邊激磁電感Lm2的另一端連接，第四二極體D4並聯在第四電子開關S4兩端，第四電容C4並聯在第四二極體D4兩端，第三二極體D3並聯在第三電子開關S3兩端，第三電容C3並聯在第三二極體D3兩端，第八二極體D8並聯在第八電子開關S8兩端，第八電容CS並聯在第八二極體D8兩端，第七二極體D7並聯在第七電子開關S7兩端，第七電容C7並聯在第七二極體D7兩端，第三二極體D3和第四二極體D4的負極都與第二直流電源Vdc2的正極連接，第七二極體D7和第八二極體D8的正極都與第二直流電源Vdc2的負極連接。
[0033]所述的第一電子開關S1、第二電子開關S2、第三電子開關S3、第四電子開關S4、第五電子開關S5、第六電子開關S6、第七電子開關S7、第八電子開關S8都是絕緣柵雙極型電晶體IGBT、金屬氧化物半導體場效應電晶體MOS、或碳化矽金屬氧化物半導體場效應電晶體SiC-MOS中的一種。
[0034]所述的第一二極體D1、第二二極體D2、第三二極體D3、第四二極體D4、第五二極體D5和第六二極體D6、第七二極體D7、第八二極體D8都是矽Si半導體二極體、或碳化矽SiC
半導體二極體。
[0035]所述的第一二極體D1、第二二極體D2、第三二極體D3、第四二極體D4、第五二極體D5和第六二極體D6、第七二極體D7、第八二極體D8都是絕緣柵雙極型電晶體IGBT或金屬氧化物半導體場效應電晶體MOS的寄生或集成的體二極體。
[0036]所述的第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4、第五電容C5、第六電容C6、第七電容C7、第八電容C8都是獨立的電容器、或者是相應電子開關的寄生電容。
[0037]一、本實用新型在進行正向功率傳輸即能量從第一直流電源Vdcl向第二直流電源Vdc2傳輸時，工作原理為:
[0038]此時第一電子開關S1、第二電子開關S2、第五電子開關S5、第六電子開關S6高頻工作，第三電子開關S3、第四電子開關S4、第七電子開關S7、第八電子開關S8保持斷開，等效電路原理圖如圖4所示。
[0039]第一電子開關SI和第六電子開關S6同時開通和關斷，姑且稱其驅動信號為⑶1，第二電子開關S2和第五電子開關S5同時開通和關斷，姑且稱其驅動信號為⑶2，⑶I和⑶2是佔空比趨近50%的互補方波，相互之間留有一定的死區時間，如圖6所示。若第一直流電源Vdcl和第二直流電源Vdc2都是電壓源(如其它變換器或電池)，則控制部分根據預設的電流基準和實際電流採樣，調整GDl和GD2的頻率，由此改變諧振網絡第一諧振電感Lrl和第一諧振電容Crl的阻抗，以此調整從第一直流電源Vdcl流向第二直流電源Vdc2的能量大小。
[0040]下面詳述其工作過程:
[0041](一 )第一工作狀態:第一電子開關SI和第六電子開關S6導通，第二電子開關S2和第五電子開關S5截止，次級整流管導通，驅動信號GDl和GD2的波形、以及流過變換器原邊和副邊的電流波形如圖7所示，驅動信號為高電平時對應的電子開關導通，驅動信號為低電平時，對應的電子開關關斷；Irp表示流過第一諧振電感Lrl、第一諧振電容Crl、高頻變壓器Tl原邊的電流，Irs則表示流過高頻變壓器Tl副邊、第二諧振電感Lr2、第二諧振電容Cr2、整流二極體的。
[0042]從第一電子開關SI和第六電子開關S6導通，也即GDl為高電平的時刻開始分析(即圖7中的縱向虛線處)，此時加在第一諧振電感Lrl、第一諧振電容Crl、原邊激磁電感Lml構成的諧振網絡上的電壓上正下負，流過諧振網絡的電流Irp正向增大，高頻變壓器Tl副邊的電流Irs也正向增大，為輸出電容充電，同時也為負載供電。
[0043]( 二)第二工作狀態:第一電子開關SI和第六電子開關S6導通，第二電子開關S2和第五電子開關S5截止，次級整流管截止。由於第一諧振電感Lrl、第一諧振電容Crl、第二諧振電感Lr2、第二諧振電容Cr2所確定的諧振頻率比電子開關的頻率高，所以在半個高頻周期結束之前電流就會開始減小，當輸出電容電壓微微升高，而高頻變壓器Tl原邊電壓開始下降時，副邊整流二極體的電流Irs減小到零，隨即零電流截止，驅動信號GDl和GD2的波形、以及流過變換器原邊和副邊的電流波形如圖8所示。此時高頻變壓器Tl副邊開路，原邊激磁電感Lml作為一個電感加入到原邊迴路中來，由於原邊激磁電感Lml遠大於第一諧振電感Lrl ( 一般是3?6倍)，因此原邊諧振網絡的諧振頻率遠低於僅有第一諧振電感Lrl時的諧振頻率，因此電流的變化率大大降低，近似直線，原邊電流Irp始終維持在零以上，直至本電子開關周期結束，第一電子開關SI和第六電子開關S6截止。
[0044](三)第三工作狀態:第一電子開關SI和第六電子開關S6截止，第二電子開關S2和第五電子開關S5截止，驅動信號GDl和GD2的波形、以及流過變換器原邊和副邊的電流波形如圖9所示。
[0045]由於第一電子開關SI和第六電子開關S6兩端並聯了第一電容Cl和第六電容C6，因此其被關斷的瞬間，兩端的電壓仍然能夠維持在一個較低的值，即實現了零電壓關斷，從而實現對電子開關的保護。
[0046]關斷之後，第一諧振電感Lrl續流，電流繼續正向流動，由第一諧振電感Lrl、第一諧振電容Crl、第一電容Cl、第二電容C2、第五電容C5、第六電容C6組成新的諧振迴路(輸入電容容量極大，電子開關頻率下可近似認為是短路，第一電容Cl、第二電容C2、第五電容C5、第六電容C6在高頻信號通路上是並聯關係)，由於相對於第一諧振電容Crl來說，第一電容Cl、第二電容C2、第五電容C5、第六電容C6容量很小，故新的諧振網絡的頻率極高，第一諧振電感Lrl中的電流Irp會迅速減小，同時第一電容Cl、第六電容C6兩端電壓升高，第二電容C2、第五電容C5兩端電壓下降。通過合理地選擇第一電容Cl、第六電容C6、第二電容C2、第五電容C5、第一諧振電感Lr 1、第一諧振電容Cr I的值，保證在第一諧振電感Lr I上的電流Irp下降到零之前，第一電容Cl、第六電容C6兩端電壓升高至電源電壓，第二電容C2、第五電容C5兩端電壓下降至零。隨後第二電容C2、第五電容C5兩端電壓進一步下降到負值，直至第二二極體D2、第五二極體D5導通，使第二電容C2、第五電容C5兩端的電壓被箝位至一個二極體壓降(可近似認為是零)。二極體導通之後，相當於第一電容Cl、第二電容C2、第五電容C5、第六電容C6全都被二極體短路，諧振頻率仍然由第一諧振電感Lrl、第一諧振電容Crl決定，下降到一個相對於死區時間來說較低的水平。因此流過第一諧振電感Lrl中的電流Irp的變化會再次變的緩慢，一直維持在一個較低的正值，直至死區結束，下一刻第二電子開關S2和第五電子開關S5導通。注意，由於二極體箝位的原因，第二電容C2、第五電容C5兩端的電壓也就是第二電子開關S2和第五電子開關S5兩端的電壓始終保持在接近零的水平，即第二電子開關S2和第五電子開關S5實現了零電壓開啟。
[0047](四)第四工作狀態:第二電子開關S2和第五電子開關S5導通，第一電子開關SI和第六電子開關S6截止，次級整流管導通，與第一工作狀態類似，不過電流反相而已。
[0048](五)第五工作狀態:第二電子開關S2和第五電子開關S5導通，第一電子開關SI和第六電子開關S6截止，次級整流管截止，與第二工作狀態類似。
[0049](六)第六工作狀態:再次進入死區，所有電子開關都關閉，一個完整的高頻周期結束，如此周而復始，循環工作。
[0050]綜上可知，整個工作過程中，所有的電子開關都可以實現零電壓開啟和關斷，而整流二極體則可以實現零電流關斷。
[0051]二、本實用新型在進行逆向功率傳輸即能量從第二直流電源Vdc2向第一直流電源Vdcl傳輸時，工作原理與能量從第一直流電源Vdcl向第二直流電源Vdc2傳輸時完全相同，不同點是此時第一電子開關S1、第二電子開關S2、第五電子開關S5、第六電子開關S6保持斷開，第三電子開關S3、第四電子開關S4、第七電子開關S7、第八電子開關S8尚頻工作，等效電路原理圖如圖5所示。
【權利要求】
1.一種雙向隔離直流-直流變換器，包括原邊逆變/整流電路、高頻變壓器(Tl)、副邊整流/逆變電路，其特徵在於:所述的原邊逆變/整流電路與副邊整流/逆變電路結構相同且以高頻變壓器(Tl)為中心對稱設置，其中， 原邊逆變/整流電路包括第一電子開關(SI)、第二電子開關(S2)、第五電子開關(S5)、第六電子開關(S6)、第一濾波電容(CDl)，第一濾波電容(CDl)與第一直流電源(Vdcl)並聯，第一直流電源(Vdcl)的負極與保護地(PGND)連接，第一電子開關(SI)和第五電子開關(S5)串聯後並聯在第一直流電源(Vdcl)的正負極之間，第二電子開關(S2)和第六電子開關(S6)串聯後也並聯在第一直流電源(Vdcl)的正負極之間，第一電子開關(SI)和第五電子開關(S5)的中點依次串聯第一諧振電感(Lrl)和第一諧振電容(Crl)後與高頻變壓器(Tl)原邊激磁電感(Lml)的一端連接，第二電子開關(S2)和第六電子開關(S6)的中點與高頻變壓器(Tl)原邊激磁電感(Lml)的另一端連接，第一二極體(Dl)並聯在第一電子開關(SI)兩端，第一電容(Cl)並聯在第一二極體(Dl)兩端，第二二極體(D2)並聯在第二電子開關(S2)兩端，第二電容(C2)並聯在第二二極體(D2)兩端，第五二極體(D5)並聯在第五電子開關(S5)兩端，第五電容(C5)並聯在第五二極體(D5)兩端，第六二極體(D6)並聯在第六電子開關(S6)兩端，第六電容(C6)並聯在第六二極體(D6)兩端，第一二極體(Dl)和第二二極體(D2)的負極都與第一直流電源(Vdcl)的正極連接，第五二極體(D5)和第六二極體(D6)的正極都與第一直流電源(Vdcl)的負極連接； 副邊整流/逆變電路包括第四電子開關(S4)、第三電子開關(S3)、第八電子開關(S8)、第七電子開關(S7)、第二濾波電容(CD2)，第二濾波電容(CD2)與第二直流電源(Vdc2)並聯，第二直流電源(Vdc2)的負極與信號地(SGND)連接，第四電子開關(S4)和第八電子開關(S8)串聯後並聯在第二直流電源(Vdc2)的正負極之間，第三電子開關(S3)和第七電子開關(S7)串聯後也並聯在第二直流電源(Vdc2)的正負極之間，第四電子開關(S4)和第八電子開關(S8)的中點依次串聯第二諧振電感(Lr2)和第二諧振電容(Cr2)後與高頻變壓器(Tl)副邊激磁電感(Lm2)的一端連接，第三電子開關(S3)和第七電子開關(S7)的中點與高頻變壓器(Tl)副邊激磁電感(Lm2)的另一端連接，第四二極體(D4)並聯在第四電子開關(S4)兩端，第四電容(C4)並聯在第四二極體(D4)兩端，第三二極體(D3)並聯在第三電子開關(S3)兩端，第三電容(C3)並聯在第三二極體(D3)兩端，第八二極體(D8)並聯在第八電子開關(S8)兩端，第八電容(CS)並聯在第八二極體(D8)兩端，第七二極體(D7)並聯在第七電子開關(S7)兩端，第七電容(C7)並聯在第七二極體(D7)兩端，第三二極體(D3)和第四二極體(D4)的負極都與第二直流電源(Vdc2)的正極連接，第七二極體(D7)和第八二極體(D8)的正極都與第二直流電源(Vdc2)的負極連接。
2.根據權利要求1所述的一種雙向隔離直流-直流變換器，其特徵在於:所述的第一電子開關(SI)、第二電子開關(S2)、第三電子開關(S3)、第四電子開關(S4)、第五電子開關(S5)、第六電子開關(S6)、第七電子開關(S7)、第八電子開關(S8)都是絕緣柵雙極型電晶體IGBT、金屬氧化物半導體場效應電晶體MOS、或碳化矽金屬氧化物半導體場效應電晶體SiC-MOS中的一種。
3.根據權利要求1所述的一種雙向隔離直流-直流變換器，其特徵在於:所述的第一二極體(Dl)、第二二極體(D2)、第三二極體(D3)、第四二極體(D4)、第五二極體(D5)和第六二極體(D6)、第七二極體(D7)、第八二極體(D8)都是矽Si半導體二極體、或碳化矽SiC半導體二極體。
4.根據權利要求1所述的一種雙向隔離直流-直流變換器，其特徵在於:所述的第一二極體(Dl)、第二二極體(D2)、第三二極體(D3)、第四二極體(D4)、第五二極體(D5)和第六二極體(D6)、第七二極體(D7)、第八二極體(D8)都是絕緣柵雙極型電晶體IGBT或金屬氧化物半導體場效應電晶體MOS的寄生或集成的體二極體。
5.根據權利要求1所述的一種雙向隔離直流-直流變換器，其特徵在於:所述的第一電容(Cl)、第二電容(C2)、第三電容(C3)、第四電容(C4)、第五電容(C5)、第六電容(C6)、第七電容(C7)、第八電容(C8)都是獨立的電容器、或者是相應電子開關的寄生電容。
【文檔編號】H02M3/315GK204244077SQ201420838217
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月25日 優先權日:2014年12月25日
【發明者】田超, 張逾良 申請人:石家莊通合電子科技股份有限公司