[发明专利]一种双向DC‑DC变换器

说明书

技术领域

本发明涉及DC-DC变换器，特别涉及能量双向流动的DC-DC变换器。

现有技术

DC-DC变换器是现代高频开关电源的基本组成部分，顾名思义，它把直流(DC)输入电压Vin变换成更满足要求的或者更有效的直流(DC)输出电压Vo。

一般情况下，单向DC-DC变换器是指将在输入端供给的直流电压转换成具有较高、较低或反向电压电平的直流电压的DC-DC变换器。

和单向DC-DC变换器相比，双向DC-DC变换器通过双向DC-DC变换器的正向或者反向工作，可实现能量的双向传输，即允许电能从定义的输入端流到输出端，反之亦然，在功能上相当于两个单向直流变换器，是典型的“一机两用”设备，在不间断电源、蓄电池充放电、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等场合中有着非常广泛的应用。

反激变换器具有器件少，可靠性高的特点，广泛应用于功率为50W以下的中小功率的DC-DC变换器中，现有申请号为201410724447.3，名为《双向无损主动均衡装置》的发明申请，以下称为背景文献1，示出了利用反激变换器组成的双向变换器，为了方便，本申请把背景文献1的图1呈现在本申请中，参见本申请的图1。可以看到，其单体侧设立了由二极管D1、电阻R1、电容C2组成的RCD吸收电路，其总体侧设立了由二极管D4、电阻R3、电容C4组成的RCD吸收电路。RCD吸收电路的工作原理为公知技术，可参考上述的《开关电源功率变换器拓扑与设计》第67页“4.3RCD吸收反激变换器”一节，该文献的不足之处：RCD吸收电路原来只是工作在反激变换器的功率管由饱和导通变为截止的瞬间，而在背景文献1中，在原边激磁时，副边的RCD吸收电路全程参与了工作，消耗的能量比较大，无法实现背景文献1所述的“无损”吸收。

申请号为201610251403.2，名为《一种双向变换器》的发明申请，以下称为背景文献2，克服了背景文献1的不足，为了方便，本申请把背景文献2的技术方案对应的图4呈现在本申请中，参见本申请的图2，该文献的优势在于在原边激磁时，副边的RCD吸收电路不参与工作，在副边激磁时，原边的RCD吸收电路不参与工作；消耗的能量非常小，实现了“无损”吸收；然而，其不足之处分析：漏感能量还是通过消耗的方式来吸收掉，且副边绕组Ns感应电压等于：(Ns/Np)Vs，即匝比乘上第一侧的工作电压，第一侧的工作电压的变范围较大，如用于锂电的均衡充电中，Vs的工作范围则为3.0V至4.20V，变化达40％，若匝比为10。那么背景文献2中，为了正常工作，稳压二极管W2的稳压值大于副边绕组Ns感应电压的最大值4.2V*10＝42V，才能保证良好工作，当第二侧Vo需要工作时，Q2处于PWM的开关状态，这时D4、C2、R2、W2组成的RCD吸收电路，其吸收电压过高，Q2的漏极在同样的时间，要从更高的电压降为0V，即dU/dt更大了，电磁辐射也会更大，背景文献2存在的不足：Q2的耐压要高，高耐压的MOS管做成同样的通态内阻，其成本大幅升高；EMI较差；特别在输入电压工作范围较宽时，缺点更明显。同样Q1也存在这个问题。

现有利用反激变换器组成的双向变换器，即反激式双向变换器，包括背景文献2，目前仍不够理想。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决现有反激式双向变换器所存在的不足，提供一种双向变换器，更高效率地实现能量的双向变换。

本发明的目的是这样实现的，一种双向变换器，包括第一侧、第二侧，一只变压器，第一功率管、第二功率管、第三功率管、第四功率管，第一电容、第二电容，变压器至少包括原边绕组与副边绕组，连接关系为：

第一功率管的源极连接第一侧的输入负；第一功率管的漏极连接变压器的原边绕组的异名端以及第三功率管的源极；第三功率管的漏极连接第一电容的一端，第一电容的另一端连接到变压器的原边绕组的同名端，并形成第一侧的输入正；

第二功率管的源极连接第二侧的输入负；第二功率管的漏极连接变压器的副边绕组的同名端以及第四功率管的源极；第四功率管的漏极连接第二电容的一端，第二电容的另一端连接到变压器的副边绕组的异同名端，并形成第二侧的输入正。

第一功率管的栅极、第二功率管的栅极、第三功率管的栅极和第四功率管的栅极分别连接外部的PWM信号，来分别控制4个功率管的开通和关断。

优选的，还包括第一二极管，第一二极管的阳极连接在第一功率管的源极，第一二极管的阴极连接在第一功率管的漏极。