CN103929067A - 一种新型的隔离式双向dc/dc变换器的拓扑结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种新型的隔离式双向DC/DC变换器的拓扑结构：包括变压器T及其原副边磁复位电路、主开关管Q1、整流管Q2、和续流管Q3和电感L1、电容C2组成的输出滤波电路组成。该拓扑采用基于单端正激电路的双向DC/DC变换器拓扑，结构简洁、控制算法简单、***成本低、工作效率高，在开关电源领域具有广阔的应用前景。

Description

一种新型的隔离式双向DC/DC变换器的拓扑结构
技术领域
本发明涉及开关电源领域，具体为一种新型的隔离式双向DC/DC变换器的拓扑结构。
背景技术
为减轻***的电源的体积重量和成本，双向DC/DC变换器目前已被广泛应用于UPS***、航天电源***、电动汽车驱动等场合。传统隔离式双向DC/DC实现了能量的双向传输，在功能上相当于2个单相的DC/DC变换器，因此成本较高，且效率较低。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种工作效率高，体积小的新型隔离式双向DC/DC变换器。
技术方案：本发明提供了一种新型的隔离式双向DC/DC变换器的拓扑结构，包括
变压器T；
变压器T原边磁复位电路采用第3绕组箝位型；变压器T原边中间抽头与输入电源Ui正极连接；异名端与主开关管Q1的漏极连接，主开关管Q1的源极与输入电源Ui连接；变压器T原边的第3绕组同名端与二极管D1的阴极连接，二极管D1的阳极与输入电源Ui负极连接；
变压器T副边的同名端与电阻R1、电容C1并联电路的一端连接，电阻R1、电容C1并联电路的另一端与二极管D2的阴极连接，二极管D2的另一端接变压器T副边的异名端；整流管Q2的漏极端与变压器T的异名端连接，其源极端与续流管Q3的源极端连接，续流管Q3的漏极端与变压器T副边的同名端连接；电感L1和电容C2串联组成输出滤波电路，电感L1一端与续流管Q3的漏极端连接，电容C2与整流管Q2的源极端连接，负载U0与电容C2并联。
所述隔离式双向DC/DC变换器能量正向流动有4个阶段：
阶段1(能量正向流动)：主开关管Q1和整流管Q2导通。输入电流I1流入变压器原边绕组的同名端，输出电流I2流出变压器次边绕组的同名端。
阶段2(死区时间)：主管Q1和整流管Q2关断，续流管Q3未导通但其体二极管导通。
阶段3(续流阶段)：续流管Q3导通，I2经Q3管续流，导通损耗大为减低。
阶段4(死区时间2)：续流管Q3关断，其体二极管导通。I2完全由该体二极管续流。
所述隔离式双向DC/DC变换器能量反向流动过程与Boost电路一致，有2个阶段：
阶段1(续流)：续流管Q3导通，整流管Q2关断，放电电流I2流过电感线圈L，电流线性增加，L储能。
阶段2(反向放电)：续流管Q3关断，整流管Q2导通。电感L将储能存的磁能转换为电能向输入侧放电。
有益效果：本发明所述的双向DC/DC变换器采用基于单端正激电路的双向DC/DC变换器拓扑，结构简洁、控制算法简单、***成本低、工作效率高，在开关电源领域具有广阔的应用前景。
具体而言，其与传统隔离式双向DC/DC变换器相比，具有以下突出的优势：
(1)应用于UPS***上，这种拓扑结构简洁，体积小，降低了***成本。
(2)与传统的同功率等级变换器相比，该拓扑控制方法简单，工作效率高。
(3)应用同步整流技术使开关管导通损耗有效降低，***效率高。
附图说明
图1是本发明实施例提供双向DC/DC变换器电路图；
图2是本发明实施例提供的双向DC/DC变换器电压输出波形图；
图3是本发明实施例提供的双向DC/DC变换器充放电效率实测图；
图4是本发明实施例提供的DC/DC变换器能量正向流动时的工作状态图；
图5是本发明实施例提供的DC/DC变换器能量反向流动时的工作状态图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
新型的隔离式双向DC/DC变换器的拓扑结构，见图1，包括：一个主开关管Q1、一个变压器T、一个二极管D2、一个由电阻R1和一个电容C1组成的副边磁复位电路、一个整流管Q2、一个续流管Q3、一个由电感L1和电容C2组成的输出滤波电路和一个二极管D1；
变压器T原边磁复位电路采用第3绕组箝位型；变压器T原边中间抽头与输入电源Ui正极连接；异名端与主开关管Q1的漏极连接，主开关管Q1的源极与输入电源Ui连接；变压器T原边的第3绕组同名端与二极管D1的阴极连接，二极管D1的阳极与输入电源Ui负极连接；
变压器T副边的同名端与电阻R1、电容C1并联电路的一端连接，电阻R1、电容C1并联电路的另一端与二极管D2的阴极连接，二极管D2的另一端接变压器T副边的异名端；整流管Q2的漏极端与变压器T的异名端连接，其源极端与续流管Q3的源极端连接，续流管Q3的漏极端与变压器T副边的同名端连接；电感L1和电容C2串联组成输出滤波电路，电感L1一端与续流管Q3的漏极端连接，电容C2与整流管Q2的源极端连接，负载U0与电容C2并联。
所述双向DC/DC变换器能量正向流动有4个阶段：
阶段1(能量正向流动)：主开关管Q1和整流管Q2导通。输入电流I1流入变压器原边绕组的同名端，输出电流I2流出变压器次边绕组的同名端。如图4(a)所示。
阶段2(死区时间)：主管Q1和整流管Q2关断，续流管Q3未导通但其体二极管导通。如图4(b)所示。
阶段3(续流阶段)：续流管Q3导通，I2经Q3管续流，导通损耗大为减低。如图4(c)所示。
阶段4(死区时间2)：续流管Q3关断，其体二极管导通。I2完全由该体二极管续流。如图4(d)所示。
所述双向DC/DC变换器能量反向流动时，工作过程与Boost电路一致，有2个阶段：
阶段1(续流)：续流管Q3导通，整流管Q2关断，放电电流I2流过电感线圈L，电流线性增加，L储能。如图5(a)所示。
阶段2(反向放电)：续流管Q3关断，整流管Q2导通。电感L将储能存的磁能转换为电能向输入侧放电。如图5(b)所示。
正向工作时，输入电压Ui＝400V，开关频率为55kHz，输出电压波形如图2所示。
经测量，***工作时稳压、稳流精度均可达到小于0.5％的设计要求；装置最高效率为87.6％，***的效率实验波形如图3所示。

Claims (1)

1.一种新型的隔离式双向DC/DC变换器的拓扑结构，其特征在于：包括
变压器T；
变压器T原边磁复位电路采用第3绕组箝位型；变压器T原边中间抽头与输入电源Ui正极连接；异名端与主开关管Q1的漏极连接，主开关管Q1的源极与输入电源Ui连接；变压器T原边的第3绕组同名端与二极管D1的阴极连接，二极管D1的阳极与输入电源Ui负极连接；
变压器T副边的同名端与电阻R1、电容C1并联电路的一端连接，电阻R1、电容C1并联电路的另一端与二极管D2的阴极连接，二极管D2的另一端接变压器T副边的异名端；整流管Q2的漏极端与变压器T的异名端连接，其源极端与续流管Q3的源极端连接，续流管Q3的漏极端与变压器T副边的同名端连接；电感L1和电容C2串联组成输出滤波电路，电感L1一端与续流管Q3的漏极端连接，电容C2与整流管Q2的源极端连接，负载U0与电容C2并联。
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