[发明专利]一种用于无轨电车的大功率高压DCDC转换器

摘要

本发明公开了一种用于无轨电车的大功率高压DCDC转换器，属于电动汽车领域；包括：电感、电容、可控开关、变压器、整流二极管、续流二极管，浪涌抑制电路及电流采集模块、电压采集模块和控制器。DCDC转换器与外部直流电网连接后，经过浪涌抑制模块，通过由电容、二极管、可控开关组成的ZVS半波准谐振全桥逆变模块后与变压器连接；变压器串联谐振电容后连接全桥式整流电路，经过谐振电容与续流二极管连接输出电感、电容以及负载，控制器将采集的电压和电流值调整PWM信号的脉冲宽度，用于驱动各个可控开关的导通和关闭，软开关降低了开关损耗，所选元器件适应双源无轨电车高压大功率环境，加入的谐振模块实现在开关在全都关断的情况下，保持能量传递。

主权项

1.一种用于无轨电车的大功率高压DCDC转换器，其特征在于，包括：电感、电容、可控开关、变压器、整流二极管、续流二极管，浪涌抑制电路及电流采集模块、电压采集模块和控制器；DC转换器外连直流电网，两端并联浪涌抑制电路，浪涌抑制电路两端并联ZVS半波准谐振全桥逆变模块；所述的ZVS半波准谐振全桥逆变模块包括：电容C1、C2、C3、C4，二极管D1、D2、D3、D4，可控开关Q1、Q2、Q3、Q4以及电感L1；具体连接为：二极管D1与可控开关Q1串联后并联电容C1，二极管D2与可控开关Q2串联后并联电容C2，二极管D3与可控开关Q3串联后并联电容C3，二极管D4与可控开关Q4串联后并联电容C4；各个可控开关Q1、Q2、Q3、Q4分别连接各自的控制极驱动电路；每个控制极驱动电路均与控制器相连接，同时，浪涌抑制电路的控制端连接至控制器，两部分电路受控制器控制；电感L1串联电容C5，同时电容C5并联变压器T1的漏感组成谐振电路，然后谐振电路串联电感L1；变压器T1的副边连接谐振电容C6后经过四个整流二极管D5、D6、D7和D8组成的全桥滤波后，并联续流二极管D9，连接输出电感Lo、输出电容Co和负载Ro，且将三者等效成恒流源；所述的电压采集模块在变压器T1以及负载Ro处各分布一个，分别采集变压器的相电压以及系统输出；对变压器T1的工作状况进行监测，同时检测输出电压，保护用电设备同时控制器采集输出电压来计算系统的开关时间；所述的电流采集模块分布在电流输入端，主要对输入电流进行检测，为控制器提供电流信息，控制浪涌抑制模块，对输入端电路提供保护作用；控制器对采集的电压和电流值进行处理计算后，调整成PWM信号的脉冲宽度，用于驱动各个可控开关，控制开关的导通和关闭时间；大功率高压DCDC转换器的具体工作过程如下：DC转换器从直流电网取电，经过浪涌抑制电路之后，输送至ZVS半波准谐振全桥逆变模块；在初始时刻t0，四个可控开关均关断，电感L1与变压器漏感Lr中的电流上升，副边利用变压器的漏感Lr作为谐振电感，二次绕组的电流增长，且二次绕组的电压与电流的增长率有关，在该阶段变压器漏感Lr以及谐振电感充磁；当电感L1电流达到输出电流值Io后，到达t1时刻，此时，电容C1、C2、C3、C4开始储存电能；当四个电容的电能储存满后，到达t2时刻，控制器导通可控开关Q1与Q3，保持Q2和Q4关断，电容C1和C3完全把能量回馈给输入端后，在电容电压为负的时候，谐振电感L1中的电流达到稳态，此时二次绕组的电流达到稳态输出；t3时刻开始，控制器关断可控开关Q1与Q3，保持Q2和Q4关断，此时，电感L1与电容C1、C2、C3、C4以及C5产生谐振，电感L1提供此期间工作的电能，电感L1中的电能并按一定的斜率下降；二次绕组电流按正弦规律继续增大，当电感L1的电流减小到零时结束；下一个阶段，谐振电容C6开始把存储能量释放给出负载端Ro，续流二极管D9被谐振电容电压反向偏置，谐振电容C6的电压按照规律减小，当谐振电容C6的电压减小到零时，续流二极管D9开始导通，输出电感Lo提供输出电流，与负载端Ro和续流二极管D9构成回路；当电感L1的电流减小到零时到达t4时刻，此时，电感L1与变压器漏感Lr中的电流反向上升，当电感L1电流达到输出电流值Io后，四个电容C1、C2、C3和C4开始储存电能，当四个电容的电能储存满后，到达t5时刻，控制器导通可控开关Q2与Q4，保持Q1和Q3关断，电容C2和C4完全把能量回馈给输入端后，在电容电压为负的时候，谐振电感L1中的电流达到稳态，控制器关断可控开关Q2与Q4，保持Q1和Q3关断，此期间电感L1与电容C1、C2、C3、C4以及C5产生谐振，电感L1提供此期间工作的电能，电感L1中的电能并按一定的斜率下降；变压器T1正常根据逆变电路进行能量传递当电感电流达到输出值Io后，此阶段结束；下一个阶段，谐振电容C6开始把存储能量释放给出负载端Ro，续流二极管D9被谐振电容电压反向偏置，谐振电容C6的电压按照规律减小，当谐振电容C6的电压减小到零时，续流二极管D9开始导通，输出电感Lo提供输出电流，与负载端Ro和续流二极管D9构成回路，继续为负载端Ro提供能量。