CN103414348A - 高频pwm技术双向dc/dc能量交换电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高频PWM技术双向DC/DC能量交换电路，包括高压倍压电路和低压倍压电路，所述的高压倍压电路包括第一电解电容、变压器原边的一次绕组、变压器原边的二次绕组、第一二极管以及第一MOS管，直流高压端的正端与所述的变压器原边的一次绕组、二次绕组的异名端连接；所述的低压倍压电路包括变压器的副边绕组、第二MOS管、第三MOS管、PNP三极管、第二电解电容以及储能电感，直流低压端的正端与所述的第二电解电容的正端连接。本发明适用于需要在两个直流电***之间双向能量交换的场合，通过电路中的高低压MOS管的PWM频率、脉宽控制，使DC/DC的能量能够相互传递交换。
Description
技术领域
本发明涉及一种高频PWM技术双向DC/DC能量交换电路，特别适用于需要在两个直流电***之间双向能量交换的场合，例如电池管理***，电池充放电化成、分容、测试设备，超级电容节能***等等。
背景技术
目前电池的充放电设备主要采用线性技术实现电池的充放电功能，利用电流采集转换为比例电压控制MOS管沟道电流，以达到恒流充放电的目的。在线性线路中，充电时，由于充电电源的输出电压要求高出MOS管的漏极电压一定值，导致线路有较大的损耗功率，充电效率很低。并且电池放电时的电量，通过电阻释放，电量没有得到再利用，同时也带来环境温度的升高，增加了空调等辅助设施的开支。
发明内容
为了克服现有线性电路中电池充放电存在的上述不足，本发明提供一种能解决充电效率低和放电能量没有再利用问题的高频PWM技术双向DC/DC能量交换电路。
本发明采用的技术方案是：
高频PWM技术双向DC/DC能量交换电路，包括高压倍压电路和低压倍压电路，其特征在于：
所述的高压倍压电路包括一具有高压场效应MOS管的第一驱动电路和消磁电路，所述的第一驱动电路包括变压器原边的一次绕组、变压器原边的二次绕组、第一二极管以及第一MOS管，直流高压端的正端与所述的变压器原边的一次绕组、二次绕组的异名端连接；所述的一次绕组的另一端与第一二极管的阳极连接，所述的第一二极管的阴极与第一MOS管的漏极连接，所述的第一MOS管的栅极与PWM信号相连，所述的第一MOS管的栅极与源极间并联有第一电阻和第二电容；变压器原边的二次绕组的同名端与所述的消磁电路连接；所述的消磁电路的一端与所述的第一MOS管的源极相互连接后接地；
所述的低压倍压电路包括具有低压场效应MOS管的第二驱动电路和储能元件，所述的第二驱动电路包括变压器的副边绕组、第二MOS管、第三MOS管、PNP三极管，直流低压端的正端与所述的变压器的副边绕组的同名端连接，所述的变压器副边绕组的同名端分别与第三MOS管的漏极和储能元件连接，副边绕组的另一端与所述的第二MOS管的源极连接，所述的第二MOS管的栅极与第三电阻以及第三电容串联，此串联电路与副边绕组的同名端连接；所述的第二MOS管的漏极和源极间并联有串联的第四电阻和第四电容；所述的第三MOS管的栅极与第六电阻的一端相连，所述的第六电阻的另一端与所述的PNP三极管的基极相连，所述的PNP三极管的集电极与第五电阻的一端连接并与PWM信号连接，所述的第五电阻的另一端接地；所述的PNP三极管的发射极与第二MOS管的漏极连接；所述的储能元件的一端与第三MOS管的漏极连接；所述的第三MOS管的源极和第二MOS管的漏极相连接，并通过连接第七电阻后接地；
当第一MOS管处于导通状态时，能量经由第三MOS管储存于储能元件中；
当第一MOS管处于关闭状态、第三MOS管处于导通状态时，能量经由变压器升压传递到直流高压端。
进一步，还包括一第一电解电容，连接于变压器原边一次绕组同名端与该输入侧共地端之间，用于滤波，直流高压端的正端与所述的第一电解电容的正端相连。
进一步，还包括一第二电解电容，连接于变压器副边绕组与该输出侧共地端之间，用于滤波，直流低压端的正端与所述的第二电解电容的正端连接。
进一步，所述的的消磁电路包括第二二极管和第二电阻，变压器原边的二次绕组的同名端与所述的第二二极管的阴极连接，所述的第二二极管的阳极与第二电阻连接。
进一步，所述的变压器原边的一次绕组与副边绕组具有相同的极性。
进一步，所述的储能元件为电感。
进一步，所述的第三MOS管的栅极与第三MOS管的源极间连接有第五电容。
进一步，输入端为直流高压，输出端为直流低压；其中直流高压端接280V电源，直流低压端接5V电源。
本发明降压和升压时，开关管均为50KHZ PWM控制方式，能有效地降低双向DC/DC变换器的开关损耗，提高变换器的工作效率。储能电感在电路的升降压中起到了重要的作用，是为获得正确有效的能量转移，作为二次感应的能量储存元件。变压器的一次绕组与二次绕组有相同的极性；第二电解电容为直流滤波器。
本发明电路的工作原理如下：
1、当场效应第一MOS管处于导通的状态时，一次绕组渐渐会有电流流过，并将能量储存于其中，由于变压器的二次绕组有相同的极性，此能量就会顺向转移至输出且同时经由场效应第三MOS管储存于储能电感中。
2、当场效应第一MOS管处于关闭的状态时，第三MOS管处于导通状态，能量将通过变压器升压传递到高压端。变压器原边上的二次绕组与第二电阻和第二二极管相互串联在一起，可达到变压器消磁的作用，可避免场效应管第一MOS管关断时，变压器的磁能转回至输入电流汇流排上。
本发明的有益效果体现在：
1、采用高频PWM控制的DC/DC单元双向能量传递电路，可以有效减少电池测试***的电流纹波，降低损耗，提高充放电效率，改善电池的综合测试性能；
2、相对于现有的线性设备，节能效果明显，主要体现为电池充电节能和电池放电能量回馈两部分，节省电费和减少空调负荷，以减少成本开支。
附图说明
图1是本发明的主电路结构示意图。
C1、C2、C3、C4、C5、C6分别为第一电解电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第二电解电容；
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7分别为第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻；
D1、D2分别为第一二极管、第二二极管；
Q1、Q2、Q3、Q4分别为第一MOS管、第二MOS管、PNP三极管、第三MOS管；
T1为变压器；
L1为储能电感。
具体实施方式
参照图1，高频PWM技术双向DC/DC能量交换电路，包括高压倍压电路和低压倍压电路，
所述的高压倍压电路包括一具有高压场效应MOS管的第一驱动电路和消磁电路，所述的第一驱动电路包括变压器T1原边的一次绕组、变压器原边的二次绕组、第一二极管D1以及第一MOS管Q1，直流高压端的正端与所述的变压器原边的一次绕组、二次绕组的异名端连接；所述的一次绕组的另一端与第一二极管D1的阳极连接，所述的第一二极管D1的阴极与第一MOS管Q1的漏极连接，所述的第一MOS管Q1的栅极与PWM信号相连，所述的第一MOS管Q1的栅极与源极间并联有第一电阻R1和第二电容C2；变压器原边的二次绕组的同名端与所述的消磁电路连接；所述的消磁电路的一端与所述的第一MOS管Q1的源极相互连接后接地；
所述的低压倍压电路包括具有低压场效应MOS管的第二驱动电路和储能元件，所述的第二驱动电路包括变压器的副边绕组、第二MOS管Q2、第三MOS管Q4、PNP三极管Q3，直流低压端的正端与所述的变压器的副边绕组的同名端连接，所述的变压器副边绕组的同名端分别与第三MOS管Q4的漏极和储能元件连接，副边绕组的另一端与所述的第二MOS管Q2的源极连接，所述的第二MOS管Q2的栅极与第三电阻R3以及第三电容C3串联，此串联电路与副边绕组的同名端连接；所述的第二MOS管Q2的漏极和源极间并联有串联的第四电阻R4和第四电容C4；所述的第三MOS管Q4的栅极与第六电阻R6的一端相连，所述的第六电阻R6的另一端与所述的PNP三极管Q3的基极相连，所述的PNP三极管Q3的集电极与第五电阻R5的一端连接并与PWM信号连接，所述的第五电阻R5的另一端接地；所述的PNP三极管Q3的发射极与第二MOS管Q2的漏极连接；所述的储能元件的一端与第三MOS管Q4的漏极连接；所述的第三MOS管Q4的源极和第二MOS管Q2的漏极相连接，并通过连接第七电阻R7后接地；
当第一MOS管Q1处于导通状态时，能量经由第三MOS管Q4储存于储能元件中；
当第一MOS管Q1处于关闭状态、第三MOS管Q4处于导通状态时，能量经由变压器升压传递到直流高压端。
进一步，还包括一第一电解电容C1，连接于变压器原边一次绕组同名端与该输入侧共地端之间，用于滤波，直流高压端的正端与所述的第一电解电容C1的正端相连。
进一步，还包括一第二电解电容C6，连接于变压器副边绕组与该输出侧共地端之间，用于滤波，直流低压端的正端与所述的第二电解电容的正端连接。
进一步，所述的的消磁电路包括第二二极管D2和第二电阻R2，变压器原边的二次绕组的同名端与所述的第二二极管D2的阴极连接，所述的第二二极管D2的阳极与第二电阻R2连接。
进一步，所述的变压器原边的一次绕组与副边绕组具有相同的极性。
进一步，所述的储能元件为电感L1。
进一步，所述的第三MOS管Q4的栅极与第三MOS管的源极间连接有第五电容C5。
进一步，输入端为直流高压，输出端为直流低压；其中直流高压端接280V电源，直流低压端接5V电源。
本发明降压和升压时，开关管均为50KHZ PWM控制方式，能有效地降低双向DC/DC变换器的开关损耗，提高变换器的工作效率。储能电感在电路的升降压中起到了重要的作用，是为获得正确有效的能量转移，作为二次感应的能量储存元件。变压器的一次绕组与二次绕组有相同的极性；第二电解电容为直流滤波器。
本发明电路的工作原理如下：
1、当场效应第一MOS管处于导通的状态时，一次绕组渐渐会有电流流过，并将能量储存于其中，由于变压器的二次绕组有相同的极性，此能量就会顺向转移至输出且同时经由场效应第三MOS管储存于储能电感中。
2、当场效应第一MOS管处于关闭的状态时，第三MOS管处于导通状态，能量将通过变压器升压传递到高压端。变压器原边上的二次绕组与第二电阻和第二二极管相互串联在一起，可达到变压器消磁的作用，可避免场效应管第一MOS管关断时，变压器的磁能转回至输入电流汇流排上。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (8)
1.高频PWM技术双向DC/DC能量交换电路，包括高压倍压电路和低压倍压电路，其特征在于：
所述的高压倍压电路包括一具有高压场效应MOS管的第一驱动电路和消磁电路，所述的第一驱动电路包括变压器原边的一次绕组、变压器原边的二次绕组、第一二极管以及第一MOS管，直流高压端的正端与所述的变压器原边的一次绕组、二次绕组的异名端连接；所述的一次绕组的另一端与第一二极管的阳极连接，所述的第一二极管的阴极与第一MOS管的漏极连接，所述的第一MOS管的栅极与PWM信号相连，所述的第一MOS管的栅极与源极间并联有第一电阻和第二电容；变压器原边的二次绕组的同名端与所述的消磁电路连接；所述的消磁电路的一端与所述的第一MOS管的源极相互连接后接地；
所述的低压倍压电路包括具有低压场效应MOS管的第二驱动电路和储能元件，所述的第二驱动电路包括变压器的副边绕组、第二MOS管、第三MOS管、PNP三极管，直流低压端的正端与所述的变压器的副边绕组的同名端连接，所述的变压器副边绕组的同名端分别与第三MOS管的漏极和储能元件连接，副边绕组的另一端与所述的第二MOS管的源极连接，所述的第二MOS管的栅极与第三电阻以及第三电容串联，此串联电路与副边绕组的同名端连接；所述的第二MOS管的漏极和源极间并联有串联的第四电阻和第四电容；所述的第三MOS管的栅极与第六电阻的一端相连，所述的第六电阻的另一端与所述的PNP三极管的基极相连，所述的PNP三极管的集电极与第五电阻的一端连接并与PWM信号连接，所述的第五电阻的另一端接地；所述的PNP三极管的发射极与第二MOS管的漏极连接；所述的储能元件的一端与第三MOS管的漏极连接；所述的第三MOS管的源极和第二MOS管的漏极相连接，并通过连接第七电阻后接地；
当第一MOS管处于导通状态时，能量经由第三MOS管储存于储能元件中；
当第一MOS管处于关闭状态、第三MOS管处于导通状态时，能量经由变压器升压传递到直流高压端。
2.如权利要求1所述的高频PWM技术双向DC/DC能量交换电路，其特征在于：还包括一第一电解电容，连接于变压器原边一次绕组同名端与该输入侧共地端之间，用于滤波，直流高压端的正端与所述的第一电解电容的正端相连。
3.如权利要求1或2所述的高频PWM技术双向DC/DC能量交换电路，其特征在于：还包括一第二电解电容，连接于变压器副边绕组与该输出侧共地端之间，用于滤波，直流低压端的正端与所述的第二电解电容的正端连接。
4.如权利要求3所述的高频PWM技术双向DC/DC能量交换电路，其特征在于：所述的的消磁电路包括第二二极管和第二电阻，变压器原边的二次绕组的同名端与所述的第二二极管的阴极连接，所述的第二二极管的阳极与第二电阻连接。
5.如权利要求4所述的高频PWM技术双向DC/DC能量交换电路，其特征在于：所述的变压器原边的一次绕组与副边绕组具有相同的极性。
6.如权利要求5所述的高频PWM技术双向DC/DC能量交换电路，其特征在于：所述的储能元件为电感。
7.如权利要求6所述的高频PWM技术双向DC/DC能量交换电路，其特征在于：所述的第三MOS管的栅极与第三MOS管的源极间连接有第五电容。
8.如权利要求7所述的高频PWM技术双向DC/DC能量交换电路，其特征在于：输入端为直流高压，输出端为直流低压。
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