專利名稱：一種單相交流和直流的雙向變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種單相交流和直流的雙向變換器本實(shí)用新型涉及電源變換技木，尤其涉及一種單相交流和直流的雙向變換器。在新型直流電壓端的生產(chǎn)應(yīng)用中，通常需要對(duì)直流電壓端進(jìn)行多次的充放電后才能形成最終的直流電壓端，傳統(tǒng)的方法是采用充電器進(jìn)行充電，采用電阻性負(fù)載放電，該方法對(duì)能源有較大的消耗。為此，市場(chǎng)上出現(xiàn)了很多節(jié)能的方法。其中一種節(jié)能的方法是通過(guò)充電器進(jìn)行充電，放電時(shí)通過(guò)另外的放電逆變器進(jìn)行放電，該方法實(shí)現(xiàn)了節(jié)能，但系統(tǒng)由于包含了充電部分和放電部分，硬件相對(duì)負(fù)雜，成本較 聞。另ー種節(jié)能的方法是通過(guò)エ頻隔離變壓器隔離后，進(jìn)行高頻整流得到ー個(gè)母線電壓，然后采用ー個(gè)不隔離的buck/boost雙向變換電路到輸出；該方法實(shí)現(xiàn)了ー套裝置進(jìn)行雙向變換，但還是有以下缺點(diǎn)，如エ頻變壓器重量重，成本高，在小功率情況下體積大，成本聞等問(wèn)題。為解決上面提到的問(wèn)題，本實(shí)用新型采用高頻隔離的雙向變換電路，充電時(shí)從電網(wǎng)向直流電壓端充電，放電時(shí)直流電壓端直接放電到電網(wǎng)，整個(gè)過(guò)程采用同一套主電路實(shí)現(xiàn)，采用智能控制電路進(jìn)行控制，由于該方法采用高頻變壓器實(shí)現(xiàn)隔離，不需要笨重的エ頻變壓器，因此整機(jī)重量輕，體積小，系統(tǒng)構(gòu)成靈活，可以方便的實(shí)現(xiàn)節(jié)能和安全隔離，該方案具有較好的成本和較高的效率及安全特性。本實(shí)用新型提供了一種單相交流和直流的雙向變換器，整機(jī)重量輕、體積小、系統(tǒng)構(gòu)成靈活，成本低。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種單相交流和直流的雙向變換器，包括高頻整流単元、DC-DC原邊開(kāi)關(guān)単元、副邊整流単元、變壓器、第一電感、第二電感、電解電容、驅(qū)動(dòng)単元、隔離驅(qū)動(dòng)單元、隔離單元和DSP ；高頻整流単元的一端通過(guò)第一電感與電網(wǎng)正極連接，另一端與電網(wǎng)負(fù)極連接，并通過(guò)DC-DC原邊開(kāi)關(guān)単元與變壓器的原邊繞組連接，副邊整流単元與變壓器的兩個(gè)副邊繞組連接，兩個(gè)副邊繞組的連接點(diǎn)通過(guò)第二電感接直流電壓端，電解電容的一端接直流電壓端，另一端接地；DSP的其中一個(gè)電流檢測(cè)端和電壓檢測(cè)端分別與電網(wǎng)連接，另ー個(gè)電壓檢測(cè)端通過(guò)隔離単元接直流電壓端，另ー個(gè)電流檢測(cè)端接在副邊整流単元和地之間，DSP的第一驅(qū)動(dòng)端通過(guò)驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)高頻整流単元，第二驅(qū)動(dòng)端通過(guò)隔離驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)DC-DC原邊開(kāi)關(guān)單元，第三驅(qū)動(dòng)端通過(guò)隔離單元驅(qū)動(dòng)副邊整流単元。本實(shí)用新型采用高頻隔離的雙向變換電路，充電時(shí)從電網(wǎng)向直流電壓端充電，放電時(shí)直流電壓端直接放電到電網(wǎng)，整個(gè)過(guò)程采用同一套主電路實(shí)現(xiàn)，采用DSP進(jìn)行控制，由于該方法采用高頻變壓器實(shí)現(xiàn)隔離，不需要笨重的エ頻變壓器，因此整機(jī)重量輕、體積小、系統(tǒng)構(gòu)成靈活，可以方便的實(shí)現(xiàn)節(jié)能和安全隔離，且本實(shí)用新型成本低、效率較高、安全特性好。圖I是本實(shí)用新型的單相交流和直流的雙向變換器在一實(shí)施例中的電路原理圖。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例做一詳細(xì)的闡述。本實(shí)用新型采用高頻隔離的雙向變換電路，充電時(shí)從電網(wǎng)向直流電壓端充電，放電時(shí)直流電壓端直接放電到電網(wǎng)，整個(gè)過(guò)程采用同一套主電路實(shí)現(xiàn)，采用DSP進(jìn)行控制，由于該方法采用高頻變壓器實(shí)現(xiàn)隔離，不需要笨重的エ頻變壓器，因此整機(jī)重量輕、體積小、系統(tǒng)構(gòu)成靈活，可以方便的實(shí)現(xiàn)節(jié)能和安全隔離，且本實(shí)用新型成本低、效率較高、安全特性好。如

圖1，本實(shí)用新型的單相交流和直流的雙向變換器，包括DSP、驅(qū)動(dòng)單元、隔離驅(qū)動(dòng)單元、隔離單元及第ー電感L6、第二電感L3-C、電解電容C7、第一 MOS管Q11、第二 MOS管Q12、第三MOS管Q13、第四MOS管Q14、第五MOS管Q15、第六MOS管Q16、第七M(jìn)OS管Q17、第八MOS管Q18、第九MOS管Q19、第十MOS管Q20、變壓器；變壓器包括ー個(gè)原邊繞組Ll-E和兩個(gè)副邊繞組LI-B、L2-A ；第七M(jìn)OS管Q17、第八MOS管Q18的漏極相連接，并分別與第一 MOS管Qll和第二MOS管Q12的漏極連接；第九MOS管Q19、第十MOS管Q20、第三MOS管Q13、第四MOS管Q14的源極接地，第七M(jìn)OS管Q17的源極和第十MOS管Q20的漏極連接點(diǎn)通過(guò)第一電感L6接電網(wǎng)正極L，第八MOS管Q18的源極和第九MOS管Q19的漏極連接點(diǎn)接電網(wǎng)負(fù)極N，DSP的第一驅(qū)動(dòng)端通過(guò)驅(qū)動(dòng)單元分別與第七M(jìn)OS管Q17、第八MOS管Q18、第九MOS管Q19、第十MOS管Q20的柵極連接，DSP的其中一個(gè)電流檢測(cè)端和電壓檢測(cè)端分別與電網(wǎng)連接，DSP的第二驅(qū)動(dòng)端通過(guò)隔離驅(qū)動(dòng)單元分別與第一 MOS管QlI、第二 MOS管Q12、第三MOS管Q13、第四MOS管Q14的柵極連接，第一 MOS管Qll的源極和第三MOS管Q13的漏極連接點(diǎn)與變壓器的原邊繞組Ll-E的一端連接，第二 MOS管Q12的源極和第四MOS管Q14的漏極連接點(diǎn)與原邊繞組Ll-E的另一端連接；DSP的第三驅(qū)動(dòng)端通過(guò)隔離単元分別與第五MOS管Q15、第六M0S-Q16的柵極連接，DSP的另ー個(gè)電流檢測(cè)端連接在第五MOS管Q15的源極和地的連接點(diǎn)之間，DSP的另ー 個(gè)電壓檢測(cè)端與直流電壓端V2連接；變壓器的兩個(gè)副邊繞組的連接點(diǎn)通過(guò)第二電感L3-C與直流電壓端V2連接，其中ー個(gè)副邊繞組L2-A與第五MOS管Q15的漏極連接，第五MOS管Q15、第六MOS管Q16的源極接地，第六MOS管Q16的漏極與另ー個(gè)副邊繞組Ll-B連接，電解電容C7的正極接直流電壓端V2，負(fù)極接地。其中，第一MOS管Q11、第二MOS管Q12、第三MOS管Q13、第四MOS管Q14組成DC-DC原邊整流単元，第五MOS管Q15、第六MOS管Q16組成副邊整流単元，第七M(jìn)OS管Q17、第八MOS管Q18、第九MOS管Q19、第十MOS管Q20組成高頻整流単元。另外，第一MOS管Q11、第二MOS管Q12、第三MOS管Q13、第四MOS管Q14、第五MOS管Q15、第六MOS管Q16、第七M(jìn)OS管Q17、第八MOS管Q18、第九MOS管Q19、第十MOS管Q20內(nèi)還分別設(shè)有第一體ニ極管Dl、第二體ニ極管D2、第三體ニ極管D3、第四體ニ極管D4、第五體ニ極管D5、第六體ニ極管D6、第七體ニ極管D7、第八ニ極管D8、第九ニ極管D9、第十二極管DlO ;在進(jìn)行同步整流時(shí)，可以分別利用與MOS管內(nèi)部的體ニ極管進(jìn)行工作，此時(shí)可以不再驅(qū)動(dòng)MOS管工作。具體實(shí)施時(shí)，所述隔離単元和隔離驅(qū)動(dòng)單元采用電氣隔離，如采樣電路的隔離單元采用線性光耦，隔離驅(qū)動(dòng)單元采用高速光耦或?qū)Ｓ酶綦x驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行隔離，如與DSP同側(cè)的采用IR2113，副邊采用HCPL205。本實(shí)用新型的雙向變換器其實(shí)由兩部分組成，一是高頻整流部分；ニ是隔離的雙向直流變換部分；高頻整流部分實(shí)現(xiàn)交流到直流的不隔離變換，其本質(zhì)是ー個(gè)逆變電路，通過(guò)DSP的智能控制，可以實(shí)現(xiàn)輸入的高功率因數(shù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)雙向變換，當(dāng)直流母線電壓低于設(shè)定電壓時(shí)，能量從交流部分流向直流母線，當(dāng)直流母線電壓高于設(shè)定電壓時(shí)，能量從直流母線流向交流部分。 隔離的雙向直流變換部分實(shí)現(xiàn)直流母線到輸出直流的變換，但輸出有負(fù)載吸取能量的情況下，能量從直流母線流向輸出直流，當(dāng)有外部能量流向輸出直流母線時(shí)，通過(guò)DSP的智能控制可以實(shí)現(xiàn)能量從輸出直流流向直流母線，繼而通過(guò)高頻整流的控制，從直流母線流向交流電網(wǎng)部分。圖I所示其實(shí)為ー個(gè)Ikw雙向隔離變換器，實(shí)現(xiàn)從単相交流220V到直流12V的雙向變換。圖中MOS管Q17、Q18、Q19、Q20為高頻整流主電路，MOS管Q11、Q12、Q13、Q14為雙向隔尚DC部分的原邊開(kāi)關(guān)管,MOS管Q15、Q16為雙向隔尚副邊部分同步整流開(kāi)關(guān)管(輸出能量)或副邊推挽升壓的開(kāi)關(guān)管。電路中高頻整流和雙向隔離DC采用ー顆DSP控制。其中DSP完成高頻整流控制，檢測(cè)交流電壓、電流和直流母線電壓，進(jìn)行高頻整流算法及控制，同時(shí)進(jìn)行輸出控制，輸出電壓和輸出電流經(jīng)過(guò)隔離后檢測(cè)；整個(gè)控制由DSP實(shí)現(xiàn)，DSP檢測(cè)輸出的電壓電流，確定能量流動(dòng)的方向并采用相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)控制策略，實(shí)現(xiàn)能量按需要的方向流動(dòng)控制。上述描述中，DC-DC原邊整流単元、高頻整流単元里的MOS管同樣可以采用IGBT等其他的開(kāi)關(guān)器件，以滿足實(shí)際使用的需要。以上所述的本發(fā)明實(shí)施方式，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。任何在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種單相交流和直流的雙向變換器，其特征在于包括高頻整流単元、DC-DC原邊開(kāi)關(guān)單元、副邊整流単元、變壓器、第一電感、第二電感、電解電容、驅(qū)動(dòng)単元、隔離驅(qū)動(dòng)單元、隔離單元和DSP ； 高頻整流単元的一端通過(guò)第一電感與電網(wǎng)正極連接，另一端與電網(wǎng)負(fù)極連接，并通過(guò)DC-DC原邊開(kāi)關(guān)単元與變壓器的原邊繞組連接，副邊整流単元與變壓器的兩個(gè)副邊繞組連接，兩個(gè)副邊繞組的連接點(diǎn)通過(guò)第ニ電感接直流電壓端，電解電容的一端接直流電壓端，另一端接地；DSP的其中一個(gè)電流檢測(cè)端和電壓檢測(cè)端分別與電網(wǎng)連接，另ー個(gè)電壓檢測(cè)端通過(guò)隔離単元接直流電壓端，另ー個(gè)電流檢測(cè)端接在副邊整流単元和地之間，DSP的第一驅(qū)動(dòng)端通過(guò)驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)高頻整流単元，第二驅(qū)動(dòng)端通過(guò)隔離驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)DC-DC原邊開(kāi)關(guān)単元，第三驅(qū)動(dòng)端通過(guò)隔離單元驅(qū)動(dòng)副邊整流単元。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單相交流和直流的雙向變換器，其特征在于所述DC-DC原邊開(kāi)關(guān)単元包括第一 MOS管、第二 MOS管、第三MOS管、第四MOS管，所述副邊整流単元包括第五MOS管、第六MOS管，所述高頻整流単元包括第七M(jìn)OS管、第八MOS管、第九MOS管、第十MOS管； 第七M(jìn)OS管、第八MOS管的漏極相連接，并分別與第一 MOS管和第二 MOS管的漏極連接；第九MOS管、第十MOS管、第三MOS管、第四MOS管的源極接地，第七M(jìn)OS管的源極和第十MOS管的漏極連接點(diǎn)通過(guò)第一電感接電網(wǎng)正極，第八MOS管的源極和第九MOS管的漏極連接點(diǎn)接電網(wǎng)負(fù)扱，DSP的第一驅(qū)動(dòng)端通過(guò)驅(qū)動(dòng)単元分別與第七M(jìn)OS管、第八MOS管、第九MOS管、第十MOS管的柵極連接，DSP的第二驅(qū)動(dòng)端通過(guò)隔離驅(qū)動(dòng)單元分別與第一 MOS管、第ニ MOS管、第三MOS管、第四MOS管的柵極連接，第一 MOS管的源極和第三MOS管的漏極連接點(diǎn)與變壓器的原邊繞組的一端連接，第二 MOS管的源極和第四MOS管的漏極連接點(diǎn)與原邊繞組的另一端連接； DSP的第三驅(qū)動(dòng)端通過(guò)隔離単元分別與第五MOS管、第六MOS管的柵極連接，DSP的另ー個(gè)電流檢測(cè)端連接在第五MOS管的源極和地的連接點(diǎn)之間，其中一個(gè)副邊繞組與第五MOS管的漏極連接，第五MOS管、第六MOS管的源極接地，第六MOS管的漏極與另ー個(gè)副邊繞組連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的單相交流和直流的雙向變換器，其特征在于所述隔離単元和隔離驅(qū)動(dòng)單元采用電氣隔離。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種單相交流和直流的雙向變換器，其包括高頻整流單元、DC-DC原邊開(kāi)關(guān)單元、副邊整流單元、變壓器、第一電感、第二電感、電解電容、驅(qū)動(dòng)單元、隔離驅(qū)動(dòng)單元、隔離單元和DSP。本實(shí)用新型采用同一套主電路實(shí)現(xiàn)，采用DSP進(jìn)行控制，由于該方法采用高頻變壓器實(shí)現(xiàn)隔離，不需要笨重的工頻變壓器，因此整機(jī)重量輕、體積小、系統(tǒng)構(gòu)成靈活，可以方便的實(shí)現(xiàn)節(jié)能和安全隔離，且本實(shí)用新型成本低、效率較高、安全特性好。
文檔編號(hào)H02M7/797GK202406056SQ20122000301
公開(kāi)日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2012年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月5日
發(fā)明者阮世良 申請(qǐng)人:深圳市高斯寶電氣技術(shù)有限公司