CN207573242U - 一种加装缓冲器的dc-dc变换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种加装缓冲器的DC‑DC变换器。DC‑DC变换器含左右两边有源全桥和高频隔离变压器以及电感、电阻。高频隔离变压器两边的有源全桥均由IGBT功率开关管，二极管和缓冲电容组成，缓冲电容并联在各个IGBT功率开关管上构成缓冲器。左右两个桥式直流变换器两侧开关管的频率相同，每个全桥的上下开关管互补导通。左右侧开关管的导通规律、开关频率相同。变换器左侧全桥对角开关管之间存在一个内移相比D₁，左侧全桥与右侧全桥之间外移相比D₂。本实用新型的DC‑DC变换器在功率开关上部署缓冲器，有效提升转换器的性能，抑制过电压尖峰，降低EMI电磁干扰，减小功率开关管的损耗为双移相控制提供好的设备。且结构简单可靠，费用低廉，易于推广。

Description

一种加装缓冲器的DC-DC变换器

技术领域

本实用新型涉及一种DC-DC变换电器，特别涉及一种加装有缓冲器的双有源桥电路DC-DC变换器，属于电力电子与电工范畴。

背景技术

双有源桥(dual-active-bridge,DAB)直流-直流变换器，即DC-DC变换器，在功能上相当于两个单向的DC-DC变换，增加了能量的双向流动能力，与传统单向DC-DC变换器相比节约了器件数目、减小了***体积、降低了成本，同时提高了***效率。因此，双有源桥DC-DC变换器在直流电机驱动、不间断电源、电动汽车和风能发电等绿色能源中，得到了越来越广泛的应用。现有的双有源桥直流-直流变换器，即DC-DC变换器主电路一般采用左右两边的有源全桥和高频变压器以及电感组成，控制方法主要为单移相控制，控制简单且易于实现，但是，功率的双向流动效果和抗电磁干扰能力还不能满足日益发展的需要。特别是当输入输出电压不匹配或电压变化比较大时，容易产生回流功率及电压尖峰、增大电流应力，增加变压器的损耗。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有双有源桥DC-DC变换器在电压变化比较大，输入输出电压不匹配时使用效果不佳的现状，提出一种具有抑制电压尖峰，降低电磁干扰EMI的DC-DC变换器。使双有源桥DC-DC变换器的回流功率大幅降低，且在一定范围内使回流功率为零。

本实用新型的目的是这样达到的：

一种加装缓冲器的DC-DC变换器，其特征在于：DC-DC变换器含左右两边有源全桥和高频隔离变压器以及电感、电阻，高频隔离变压器两边的有源全桥均由四个IGBT功率开关管S₁～S₈、四个二极管Q～₁Q₈和四个缓冲电容C₁～C₈组成，二极管反串在IGBT功率开关管上，缓冲电容C₁～C₈并联在IGBT功率开关管上；左侧有源全桥四个IGBT功率开关管S₁～S ₄反串四个二极管Q₁～Q₄，并联四个缓冲电容C₁～C₄，右侧有源全桥由功率开关管IGBTS₅～S₈反串四个二极管Q₅～Q₈，并联四个缓冲电容C₅～C₈；高频隔离变压器T的变比为n：1，电感L为外串电感加变压器漏感之和；一次侧输出电压为U_h1，二次侧输入电压为U_h2，电感电压为U_L，电感电流为i_L。

左右两个桥式直流变换器两侧开关管S₁～S₈频率相同，每个全桥的上下开关管互补导通；左侧桥式直流变换器的开关管S₁、S₄和S₂、S₃轮流导通；右侧的开关管S₅、S₈和S₆、S₇的导通规律、开关频率和左侧相同。

DC-DC变换器左侧全桥对角开关管之间存在一个移相角半个周期内的移相比表示为其中D₁为内移相比；左侧U₁侧与DC-DC变换器之间也存在一个移相角φ，半个周期内的移相比表示为D₂＝φ/π，其中D₂为外移相比，满足条件0≤D₁≤D₂≤1。

本实用新型的积极效果是：

1、本实用新型的DC-DC变换器在功率开关上部署缓冲器，缓冲电容C₁～C₈有效提升转换器的性能，抑制过电压尖峰，降低EMI电磁干扰，减小功率开关管的损耗，为双移相减小回流功率提供了更为可靠的设备。

2、DC-DC变换器缓冲器结构简单可靠，费用低廉，控制回路功率的方法具有实际指导意义，对当前日益增长的DC-DC变换器应用需求有非常广泛的应用前景，易于推广。

附图说明

图1是现有DAB变换器的示意图。

图2是本实用新型的DC-DC变换器结构示意图。

图3是采用本实用新型的负载为64Ω时输出功率波形仿真图。

图4是采用本实用新型的负载为140Ω时输出功率波形仿真图。

图中，S₁～S₈为IGBT功率开关管、Q₁～Q₈为反串功率开关管的二极管，C₁～C_8为并联在IGBT功率开关管上的缓冲电容，构成缓冲器，T为变比为n：1的高频隔离变压器，电感L为外串电感加变压器漏感之和；一次侧输出电压为U_h1，二次侧输入电压为U_h2。

具体实施方式

参见附图1、2。

DC-DC变换器含高频隔离变压器和左右两边的DC有源全桥以及电感。

本实用新型为了提高转换器的性能在功率开关上部署缓冲电路，缓冲电路的主要作用是：抑制过电压、减小功率开关管的损耗、抑制电压尖峰并有效降低EMI电磁干扰。加装缓冲器的DC-DC变换器，有源全桥的高频隔离变压器两边的有源全桥均由四个IGBT功率开关管、四个二极管和四个缓冲电容组成，二极管反串在IGBT功率开关管上，缓冲电容并联在IGBT功率开关管上。左侧有源全桥四个IGBT功率开关管S_1～S₄反串四个二极管Q_1～Q₄，并联四个缓冲电容C_1～C₄，右侧有源全桥由功率开关管IGBT S_5～S₈反串四个二极管Q_5～Q₈，并联四个缓冲电容C_5～C₈。

本实施例中，DC-DC变换器的负载电阻选择了两个，R＝64Ω和R＝140Ω，选择缓冲电容值为：C＝100nF。

高频隔离变压器T的变比为n：1，电感L为外串电感加变压器漏感之和；一次侧输出电压为U_h1，二次侧输入电压为U_h2，电感电压为U_L，电感电流为i_L。

左右两个桥式直流变换器两侧开关管S₁～S₈频率相同，每个全桥的上下开关管互补导通；左侧桥式直流变换器的开关管S₁、S₄和S₂、S₃轮流导通；右侧的开关管S₅、S₈和S₆、S₇的导通规律、开关频率和左侧相同。

DC-DC变换器左侧H桥对角开关管之间存在一个移相角半个周期内的移相比表示为其中D₁为内移相比；左侧U₁侧与DC-DC变换器之间也存在一个移相角φ，半个周期内的移相比表示为D₂＝φ/π，其中D₂为外移相比，满足条件0≤D₁≤D₂≤1。

参见附图3、4。

使用本实用新型的加装缓冲器的DC-DC变换器且采用双移相的控制方法，通过仿真实验验证本实用新型的使用效果明显。

从变换器回流功率图可知，当负载电阻为64Ω时，输出功率为P＝2500W，此时输出功率的标幺值为P₀＝0.8333＞0.8，此时回流功率大约为P_Dcir＝500W。当负载电阻140Ω时输出功率波形，回流功率为零，与现有技术比较大大减小。

Claims (4)

1.一种加装缓冲器的DC-DC变换器，其特征在于：DC-DC变换器含左右两边有源全桥和高频隔离变压器以及电感、电阻，高频隔离变压器两边的有源全桥均由四个IGBT功率开关管(S₁～S₈)、四个二极管(Q₁～Q₈)和四个缓冲电容(C₁～C₈)组成，二极管反串在IGBT功率开关管上，缓冲电容(C₁～C₈)并联在IGBT功率开关管上；左侧有源全桥四个IGBT功率开关管(S₁～S₄)反串四个二极管(Q₁～Q₄)，并联四个缓冲电容(C₁～C₄)，右侧有源全桥由功率开关管IGBT(S₅～S₈)反串四个二极管(Q₅～Q₈)，并联四个缓冲电容(C₅～C₈)；高频隔离变压器T的变比为n：1，电感L为外串电感加变压器漏感之和；一次侧输出电压为U_h1，二次侧输入电压为U_h2，电感电压为U_L，电感电流为i_L。

2.如权利要求1所述的加装缓冲器的DC-DC变换器，其特征在于：所述左右两个桥式直流变换器两侧开关管(S₁～S₈)频率相同，每个全桥的上下开关管互补导通；左侧桥式直流变换器的开关管(S₁、S₄)和(S₂、S₃)轮流导通；右侧的开关管(S₅、S₈)和(S₆、S₇)的导通规律、开关频率和左侧相同。

3.如权利要求1所述的加装缓冲器的DC-DC变换器直，其特征在于：DC-DC变换器左侧全桥对角开关管之间存在一个移相角半个周期内的移相比表示为其中D₁为内移相比；左侧U₁侧与DC-DC变换器之间也存在一个移相角φ，半个周期内的移相比表示为D₂＝φ/π，其中D₂为外移相比，满足条件0≤D₁≤D₂≤1。

4.如权利要求1所述的加装缓冲器的DC-DC变换器直，其特征在于：当DC-DC变换器的负载电阻选择64Ω和140Ω时，缓冲电容值为：C＝100nF。