[发明专利]一种双向直流转换器及其控制方法

说明书

本发明涉及一种双向直流转换器及其控制方法，该双向直流转换器包括变压器T1、第一桥式电路、第三磁性元件、第一电源、第一磁性元件、第二桥式电路、第二磁性元件、第二电源、以及分别与第一桥式电路、第二桥式电路连接的主控电路。本发明的双向直流转换器通过检测判断第一电源与第二电源两端的电压状态，进而控制双向直流转换器以第一直流模式或第二直流模式工作，实现了能量的双向传输，改善了电路的效率，设计成本低、占用空间小、有利于提升双向直流电源的功率密度，减轻了电源的重量，为双向直流电源向模块化、小型化设计提供了可行性的指导方向。

技术领域

本发明涉及电源的技术领域，更具体地说，涉及一种双向直流转换器及其控制方法。

背景技术

双向直流转换器(BDC,Bi-directional DC-DC Converter)，顾名思义，可以实现能量的双向传输，即变换器两端分时互为“源”和“载”。“源”和“载”是可以互换的，也就是说根据需要能量可以在两个方向上传输。本发明所研究的双向直流变换器属于电流双向变换器，即可以实现电流的双向流动，不能改变电压的极性，也就是说，在电压和电流为坐标的平面内，仅电流可正可负，变换器工作在第一和第二象限。因此，双向直流变换器的主要作用就是在保持变换器两端的直流电压极性不变的情况下，根据需要自由调节输入输出电流的方向，从而改变了功率流的方向，实现了“源”和“载”的互换。传统的双向直流转换器分为隔离与非隔离，非隔离双向直流转换器有Buck、Boost、Buck/Boost和在其基础上派生出来的Cuk、Zeta、Sepic是六种最简单的不隔离的单向直流变换器，只要在其开关管上反并二极管，在二极管上反并开关管，就可构成4种双向直流变换器，它们都能实现能量的双向流动。由于没有升压变压器T1，不隔离型的双向直流变换器结构比较简单，但是输入输出电压比受到了限制，并且不能传输较大的功率。因此不隔离型的双向直流变换器不能用在电压传输比很大的场合或要求电气隔离的场合以及大功率场合。隔离型双向直流变换器是在隔离型单向直流变换器主电路的开关管上反并二极管、在二极管上反并开关管构成，主要有反激式、正激式、正反激式、推挽型、半桥和桥式等隔离型双向直流变换器，由于变压器T1的存在使得隔离型双向直流变换器可以应用在电压传输比较大，高功率，但隔离型双向直流变换器结构较复杂，且大部分的拓扑都是处在硬开关的条件下，电路工作时的开关损耗加大，发热严重，不利于提高双向直流转换器的功率密度。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种双向直流转换器及其控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种双向直流转换器包括变压器T1，所述变压器T1包括第一绕组N1、第二绕组N2和第三绕组N3；与所述变压器T1的第一绕组N1一端连接的第一桥式电路、与所述第一桥式电路连接的第三磁性元件、与所述第三磁性元件连接的第一电源、连接在所述第一桥式电路与所述第一绕组另一端的第一磁性元件；连接在所述第一桥式电路与所述第一绕组N1的另一端的第二桥式电路、与所述第二绕组N2和所述第三绕组N3之间的节点连接的第二磁性元件、以及分别与所述第二桥式电路、所述第二磁性元件连接的第二电源；

还包括分别与所述第一桥式电路、所述第二桥式电路连接的主控电路；

所述双向直流转换器包括第一直流模式和第二直流模式；

所述第一直流模式，为当所述主控电路检测到所述第二电源有电能输出需求时，所述主控电路控制所述第三磁性元件被短路，使所述第一桥式电路与所述第一磁性元件、所述变压器T1的第一绕组N1形成移相全桥电路，所述第二桥式电路形成第一同步整流电路；所述第二磁性元件用于储存所述变压器T1的第二绕组N2和第三绕组N3产生的电能，并在预设死区时间内向与所述第二电源连接的负载供电；