[实用新型]双向隔离式的移相全桥DC/DC变换器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种双向的DC/DC变换器，特别是涉及一种双向的、隔离式的、基于移相全桥的DC/DC变换器。

背景技术

双向DC/DC变换器在电动汽车、大功率设备的能量回收系统、大功率设备的备用电源中有着非常广泛的应用。储能元件采用超级电容器或蓄电池，通过双向DC/DC变换器控制其充电和放电。

传统的全桥PWM变换器适用于电压变换幅度低、负载电流变化大等场合，其优点是开关频率固定，便于控制。为了提高变换器的功率密度，减少单位输出功率的体积和重量，需将开关频率提高。将谐振变换器与PWM技术结合起来构成软开关PWM控制方案，既能实现功率开关的软开关特点，又能实现恒频控制。在DC/DC变换器中，较多采用以全桥移相控制的软开关PWM变换器，它是直流电源实现高频化的理想拓扑之一，尤其是在中、大功率变换器应用场合。

经对现有技术文献的检索发现，中国发明专利申请号为200810040359.6的专利，专利名称为：一种大功率双向DC/DC变换器拓扑结构，该专利包括：高压侧滤波单元、桥臂单元、储能及低压侧滤波单元、能量存储单元，所述的高压侧滤波单元、桥臂单元、储能及低压侧滤波单元、能量存储单元依次连接，所述的桥臂单元包括三个开关器件。该发明是一种用于直流大功率能量回收及再利用场合的节能设备拓扑，能有效防止故障情况下电流失控、迅速完成过电流保护，适用于高可靠性双向大功率工程应用场合。该发明的双向DC/DC变换器是非隔离式的，需要设计两侧的滤波单元，较为繁琐，若滤波器设计不合理，两侧会互相影响，增加两侧之间的谐波危害，且电压变换幅度较小，储能单元采用串联连接，需要均压电路，能量存储较慢。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术中的不足，提出一种双向隔离式的移相全桥DC/DC变换器。该变换器器通过高频变压器隔离、变压，电压变换幅度很大；移相控制器一直处于工作状态，通过控制光耦合器的使能信号改变能量流动方向，响应迅速；变换器的开关器件基于准谐振软开关控制，可大幅度减小开关损耗，变换器的效率很高。

本实用新型包括：双向DC/DC功率电路、移相控制器、换向驱动电路。

所述的双向DC/DC功率电路包括：初级侧稳压电容器、初级侧高频变换器、初级侧串联谐振电路、高频变压器、次级侧串联谐振电路、次级侧高频变换器、次级侧稳压电容器，其中，高频变压器用于隔离和变压；串联谐振电路用于软开关谐振；两侧的稳压电容器用于增强直流电压的稳定性；两侧的高频变换器结构相同，由四个反并联快速二极管的开关器件组成，用于逆变和整流。

能量由初级侧向次级侧流动时，初级侧高频变换器处于逆变状态，初级侧串联谐振电路处于谐振状态；次级侧高频变换器处于整流状态，四个开关器件保持关断，四个快速二极管作用，次级侧串联谐振电路不工作，其谐振电容器用于滤波。能量由次级侧向初级侧流动时，次级侧高频变换器处于逆变状态，次级侧串联谐振电路处于谐振状态；初级侧高频变换器处于整流状态，四个开关器件保持关断，四个快速二极管作用，初级侧串联谐振电路不工作，其谐振电容器用于滤波。串联谐振电路由外加谐振电容器与高频变压器的漏感组成，初级侧和次级侧的谐振频率可相同，也可不同。

所述的移相控制器包括初级侧移相控制器与次级侧移相控制器，初级侧移相控制器控制初级侧高频变换器，所需采样的量为：次级侧直流电压、次级侧直流电流、初级侧谐振电流；次级侧移相控制器控制次级侧高频变换器，所需采样的量为：初级侧直流电压、初级侧直流电流、次级侧谐振电流。不管能量流动方向，两个移相控制器一直处于工作状态。

所述的换向驱动电路包括初级侧换向驱动电路与次级侧换向驱动电路，两个换向驱动电路的换向使能信号相反，某一时刻，只有一个换向驱动电路处于工作状态，以此控制能量的流动方向。每一个换向驱动电路由隔离换向电路和驱动电路组成。

隔离换向电路由结构相同的4个光耦合器组成，光耦合器的使能端控制信号为高电平或不接时，光耦合器将移相控制器输出的驱动信号进行反向变换，使能端控制信号为低时，光耦合器输出信号不受输入信号影响，始终输出高电平。该电路用于决定双向DC/DC变换器的能量流动方向，在某一时刻，能量必定单向流动，初级侧的隔离换向电路与次级侧的隔离换向电路的使能端控制信号相反，一侧处于工作状态，另一侧就处于失效状态。能量向次级侧流动，次级侧的隔离换向电路使能端为低，初级侧为高；能量向初级侧流动，初级侧的隔离换向电路使能端为低，次级侧为高。