TW201429139A - 高效率的雙向直流變換器及其控制方法 - Google Patents

高效率的雙向直流變換器及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本發明公開了一種高效率的雙向直流轉換器及其控制方法，透過檢測輸入電源是否存在，以據此來控制轉換器工作於同步降壓模式或同步升壓模式以實現能量的雙向傳輸，並且在傳輸過程中能量均通過同一個磁性元件。並且本發明採用功率傳輸支路來將能量傳輸給輸出端並可調節輸出端電壓以使輸入電源和負載能安全工作；此外，在需要輸入限流的場合，本發明控制電路先滿足負載的供電需求，然後將剩餘的輸入功率儲存於電池中。本發明的雙向直流轉換器的控制方案簡單，效率高。

Description

高效率的雙向直流變換器及其控制方法
本發明涉及電力電子領域，更具體地說，涉及一種高效率的雙向直流轉換器及其控制方法。
直流轉換器廣泛應用於太陽能光伏發電系統、航空航太電源系統、移動通信備用電源系統、蓄電池充放電系統等，傳統的直流轉換器的電路圖如圖1所示，其主要包括三大部分：第一功率級電路及其充電控制模組、第二功率級電路及其PWM控制模組和功率傳輸支路，所述直流轉換器中還包含有一鋰充電電池Ba。其中第一功率級電路為由第一電容C1*、功率開關電晶體Q1*、功率開關電晶體Q2*、第一電感L1*、第一電阻R1*組成的同步降壓型充電電路，所述功率開關電晶體Q1*和功率開關電晶體Q2*由充電控制模組U1控制其開關動作，其用以將輸入功率給鋰電池的充電；第二功率級電路為由第二電感L2*、功率開關電晶體Q3*、功率開關電晶體Q4*、第二電容C2*、分壓電阻R2*和R3*組成的同步升壓型電壓轉換電路，所述功率開關電晶體Q3*和功率開關電晶體Q4* 由PWM控制模組U2控制其開關動作，其用以將所述鋰電池電壓Vbatt轉換為輸出電壓供給負載；所述功率傳輸支路由開關電晶體Q5*和開關控制電路U3組成，其用以將輸入端功率傳輸給輸出端以供給負載。
傳統的直流轉換器的工作原理為：在輸入埠存在輸入電源時，所述同步降壓充電電路給所述鋰電池充電；在輸入埠無輸入電源時，透過所述同步升壓電壓轉換電路將所述鋰電池電壓轉換為輸出電壓以供給負載。
從上圖1可以看出，現有技術的直流轉換器中的雙向直流轉換器至少需要四個開關電晶體、兩個電感、兩個電容、其組件較多，並且控制電路也非常複雜，因此，有必要對現有的直流變換電路進一步改進，以減少電路組件，並且使控制電路簡單易行。
有鑒於此，本發明的目的在於提供一種高效率的雙向直流轉換器及其控制方法，其透過對輸入電源的檢測，當有輸入電源存在時，控制所述雙向直流轉換器工作於第一工作模式，以對充電電池充電；當輸入電源不存在時，控制所述雙向直流轉換器工作於第二工作模式，以將充電電池的能量供給負載，其中，所述第一工作模式和第二工作模式工作過程中的能量傳輸均通過同一磁性元件。另外，本發明還提供了一功率傳輸支路，在負載為有效狀態時，所述功率傳輸支路將輸入電源或充電電池上的能量傳輸給 負載。
依據本發明的一種高效率的雙向直流轉換器的控制方法，所述雙向直流轉換器包括有一電池且所述雙向直流轉換器具有一個輸入埠和輸出埠，所述雙向直流轉換器只包含有一個磁性元件，所述控制方法包括以下步驟：檢測所述輸入埠是否存在輸入電源：當檢測到輸入埠有輸入電源存在時，所述雙向直流轉換器以第一工作模式運行，以給所述電池充電；當檢測到輸入埠沒有輸入電源存在時，所述雙向直流轉換器以第二工作模式運行，以將所述電池的電能傳輸給輸出埠以供給負載；其中，在所述第一工作模式和所述第二工作模式運行中的電能傳輸均通過所述磁性元件。
進一步的，在所述輸入埠和輸出埠之間設有一功率傳輸支路，所述輸入電源的電能或所述電池的電能透過所述功率傳輸支路送至輸出埠供給負載。
優選的，所述功率傳輸支路對所述功率傳輸支路的電流和輸出電壓進行調節控制，以保護所述輸入電源和輸出端的負載。
優選的，當檢測到輸入電源存在時，根據所述雙向直流轉換器的負載電流要求和輸入電源的供電大小調整所述電池的充電電流，以保證所述電池能以最大功率充電且所述輸入電源不會發生超載。
優選的，所述第一工作模式為同步降壓工作模式，所 述第二工作模式為同步升壓工作模式。
依據本發明的一種高效率的雙向直流轉換器，其具有一輸入埠用以接收輸入電源，一輸出埠用以給負載供電，還包括有一電池，所述雙向直流轉換器只包含有一個磁性元件以及一檢測電路，所述檢測電路用以判定輸入埠是否存在輸入電源：當檢測到輸入埠有輸入電源存在時，所述雙向直流轉換器以第一工作模式運行，以給所述電池充電；當檢測到輸入埠沒有輸入電源存在時，所述雙向直流轉換器以第二工作模式運行，以將所述電池的電能傳輸給輸出埠以供給負載；其中，在所述第一工作模式和所述第二工作模式運行中的電能傳輸均通過所述磁性元件。
進一步的，所述雙向直流轉換器還包括一功率傳輸支路，所述功率傳輸支路連接於所述輸入埠和所述輸出埠之間，用以將輸入電源的電能或所述電池的電能送至輸出埠供給負載。
優選的，所述功率傳輸支路對功率傳輸支路的電流和輸出電壓進行調節控制，以保護所述輸入電源和輸出端的負載。
優選的，當檢測到輸入電源存在時，所述功率傳輸支路根據所述雙向直流轉換器的負載狀態和輸入電源的供電大小調整所述電池的充電電流，以保證所述充電電池能以最大功率充電且所述輸入電源不會發生超載。
進一步的，所述雙向直流轉換器還包括一負載檢測電路，用以檢測負載的狀態，當所述負載為有效狀態時，所述功率傳輸支路導通。
優選的，所述檢測電路檢測輸入埠的輸入電流以判定所述輸入電源是否存在：當所述輸入電流大於零時，則輸入埠存在所述輸入電源；當所述輸入電流等於零時，則輸入埠不存在所述輸入電源。
進一步的，所述雙向直流轉換器還包括第一回授電路、第二回授電路、第一選擇電路和PWM控制電路，所述第一回授電路將所述電池的電流回授信號和一第一參考電壓進行比較，以產生第一誤差信號；將所述電池的電壓回授信號和一第二參考電壓進行比較，以產生第二誤差信號；然後選取所述第一誤差信號和所述第二誤差信號中較低者作為所述第一回授信號；所述第二回授電路接收將所述雙向直流轉換器的輸出電壓和一第三參考電壓，以產生第二回授信號；所述第一選擇電路接收所述第一回授信號和所述第二回授信號，以選擇所述第一回授信號或第二回授信號傳輸給所述PWM控制電路；所述PWM控制電路根據所述第一回授信號或第二回授信號控制所述電池的充電電流或電壓。
進一步的，所述第一回授電路還包括輸入電流限制電 路，所述輸入電流限制電路比較所述輸入電壓和一電阻電壓與第四參考電壓之和，並產生第三誤差信號；其中，所述電阻電壓為利用一檢測電阻檢測輸入電流獲得；所述第一回授電路選取所述第一誤差信號、第二誤差信號和第三誤差信號，中較低者作為所述第一回授信號。
透過上述的一種高效率的雙向直流轉換器及其控制方法，透過對輸入電源的檢測，以控制所述雙向直流轉換器工作於不同的工作模式以實現能量的雙向傳輸。並且本發明採用功率傳輸支路來將能量傳輸給輸出端並為負載提供過壓保護功能；此外，在需要輸入電流限制的場合，所述功率傳輸支路先滿足負載的供電需求，再將剩餘的輸入功率給電池充電。本發明的雙向直流轉換器的控制方案簡單，效率高。
Ba‧‧‧鋰電池
C1‧‧‧輸入電容
Q1‧‧‧功率開關電晶體
Q2‧‧‧功率開關電晶體
R1‧‧‧電阻
L1‧‧‧電感
201‧‧‧第一檢測電路
202‧‧‧第二檢測電路
203‧‧‧第一回授電路
204‧‧‧第二回授電路
205‧‧‧功率傳輸支路
206‧‧‧PWM控制電路
Vchg‧‧‧第一檢測信號(非元件)
Vdisch‧‧‧第二檢測信號(非元件)
Vload‧‧‧電壓信號(非元件)
VREF1‧‧‧第一參考電壓(非元件)
VREF2‧‧‧第二參考電壓(非元件)
Vchgcomp‧‧‧第一回授信號(非元件)
Vdischcomp‧‧‧第二回授信號(非元件)
VREF3‧‧‧第三參考電壓(非元件)
Rs‧‧‧檢測電阻
CMP1‧‧‧第一比較器
Vin‧‧‧輸入電壓(非元件)
VINS‧‧‧電阻電壓(非元件)
I1‧‧‧第一反相器
I2‧‧‧第一及閘
AMP1‧‧‧第一放大器
VC1‧‧‧第一誤差信號(非元件)
AMP2‧‧‧第二放大器
VC2‧‧‧第二誤差信號(非元件)
AMP3‧‧‧第三放大器
D1‧‧‧第一二極體
D2‧‧‧第二二極體
S1‧‧‧第一開關電晶體
S2‧‧‧第二開關電晶體
307‧‧‧第一選擇電路
308‧‧‧保護控制電路
Vout‧‧‧輸出電壓(非元件)
Q3‧‧‧第三開關電晶體
Iout‧‧‧電流信號(非元件)
Iin‧‧‧電流(非元件)
VC3‧‧‧第一誤差信號(非元件)
D3‧‧‧第三二極體
AMP4‧‧‧第四放大器
VREF4‧‧‧第四參考電壓(非元件)
S401~S404‧‧‧步驟(非元件)
Is‧‧‧電流源
圖1所示為傳統的直流轉換器的電路圖；圖2所示為依據本發明的一種高效率的雙向直流轉換器的一實施例的原理圖；圖3-1所示為依據本發明的一種高效率的雙向直流轉換器的第一實施例的具體電路圖；圖3-2所示為依據本發明的一種高效率的雙向直流轉換器的第二實施例的具體電路圖；圖4所示為依據本發明的一種高效率的雙向直流轉換器的控制方法的一實施例的流程圖。
以下結合附圖對本發明的幾個優選實施例進行詳細描述，但本發明並不僅僅限於這些實施例。本發明涵蓋任何在本發明的精神和範圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。為了使公眾對本發明有徹底的瞭解，在以下本發明優選實施例中詳細說明了具體的細節，而對本領域技術人員來說沒有這些細節的描述也可以完全理解本發明。
參考圖2，所示為依據本發明的一種高效率的雙向直流轉換器的原理方塊圖，所述雙向直流轉換器具有一輸入埠用以接收外部的輸入電源，具有一輸出埠用以給負載供電，還包括有一電池，所述電池優選為鋰電池Ba。此外，所述雙向直流轉換器中還包括有輸入電容C1、功率開關電晶體Q1、功率開關電晶體Q2和電阻R1，另外，所述雙向直流轉換器包括且只包括一個磁性元件，如電感L1。本發明實施例的雙向直流轉換器中的檢測電路包括第一檢測電路201和第二檢測電路202，還包括第一回授電路203、第二回授電路204、功率傳輸支路205和PWM控制電路206。
其中，所述檢測電路檢測輸入埠的輸入電流以判定所述輸入電源是否存在，具體為所述第一檢測電路201用以檢測所述雙向直流轉換器的輸入電流，以產生第一檢測信號Vchg；所述第二檢測電路202接收所述第一檢測信號Vchg和表示所述雙向直流變換的負載狀態的電壓信號，以 根據所述負載的狀態和所述第一檢測信號產生第二檢測信號Vdisch；這裏，所述負載的狀態由負載檢測電路檢測，由電壓信號Vload表示所述負載的狀態，當負載為有效狀態時，所述電壓信號Vload為高準位狀態，反之，所述電壓信號Vload為低準位狀態。所述負載檢測電路為已知技術中的任一種檢測電路，在圖2中沒有繪示。
所述第一回授電路203將所述電池的電流回授信號和一第一參考電壓VREF1進行比較，以產生第一誤差信號；將所述電池的電壓回授信號和一第二參考電壓VREF2進行比較，以產生第二誤差信號；然後選取所述第一誤差信號和所述第二誤差信號中較低者作為所述第一回授信號Vchgcomp；所述第二回授電路接收所述雙向直流轉換器的輸出電壓Vout和一第三參考電壓VREF3，以產生第二回授信號Vdischcomp；當檢測到輸入電源存在時，所述PWM控制電路206根據所述第一檢測信號Vchg和第一回授信號Vchgcomp以控制所述雙向直流轉換器以第一工作模式運行，這裏，所述第一工作模式為同步降壓工作模式，下文中均相同，所述輸入電容C1、功率開關電晶體Q1、功率開關電晶體Q2、電感L1形成一同步降壓器，以將輸入功率對所述電池Ba的充電。
當檢測到輸入電源不存在時，並且所述負載為有效狀態時，所述PWM控制電路206根據所述第二檢測信號 Vdisch和第二回授信號Vdischcomp以控制所述雙向直流轉換器以第二工作模式運行，這裏，所述第二工作模式為同步升壓工作模式，下文中均相同，輸入電容C1、功率開關電晶體Q1、功率開關電晶體Q2、電感L1形成一同步升壓器，以將所述電池的電能送至輸出端供給負載。
從上述工作過程可以看出，本發明實施例的直流轉換器實現雙向能量傳輸，在輸入電源有效時，所述雙向直流轉換器工作於降壓模式，以在滿足負載供電情況下，將輸入端剩餘的輸入功率儲存在鋰電池中，當輸入電源不存在時，所述雙向直流轉換器工作於升壓模式，以將儲存在鋰電池中的能量輸出給輸出端以供給負載。其中，在所述第一工作模式和所述第二工作模式運行中的電能傳輸均通過所述電感L1。本發明的雙向直流轉換器相對于現有技術能夠減少組件數量，並且控制電路簡單，效率高。
參考圖3-1，所示為依據本發明的一種高效率的雙向直流轉換器的第一實施例的具體電路圖；本實施例具體介紹了所述第一檢測電路201、第二檢測電路202、第一回授電路203、第二回授電路204和功率傳輸支路205的一種實現方式，並據此闡述了本發明實施例的雙向直流轉換器的工作過程。
具體地，所述第一檢測電路201包括檢測電阻Rs和第一比較器CMP1，所述檢測電阻Rs的第一端接所述輸入電壓Vin，第二端接所述雙向直流轉換器的輸入端，所述檢測電阻的第二端電壓為電阻電壓VINS；所述第一比較 器CMP1的第一輸入端接收所述輸入電壓Vin，其第二輸入端接收所述電阻電壓VINS，其輸出端輸出所述第一檢測信號Vchg。進一步的，所述第二檢測電路202包括第一反相器I1和第一及閘I2，所述第一反相器I1的輸入端接收所述第一檢測信號Vchg，經反相處理後傳輸給所述第一及閘I2；所述第一及閘I2的第一輸入端接收經反相處理後的第一檢測信號，其第二輸入端接收所述表示負載狀態的電壓信號Vload，輸出端輸出所述第二檢測信號Vdisch。
進一步的，所述第一回授電路203具體包括電流控制回路、電壓控制回路和第二選擇電路。具體地，所述電流控制回路包括第一放大器AMP1，所述第一放大器AMP1比較所述電池的電流回授信號和一第一參考電壓VREF1，並產生第一誤差信號VC1；所述電壓控制回路包括第二放大器AMP2，所述第二放大器AMP2比較所述電池的電壓回授信號和一第二參考電壓VREF2，並產生第二誤差信號VC2；所述第二選擇電路接收所述第一誤差信號VC1和第二誤差信號VC2，並選取其中較低者作為所述第一回授信號Vchgcomp。圖3-1中繪示了第二選擇電路的一種實施例，其透過電流源Is、第一二極體D1和第二二極體D2來進行信號的選擇，其他具有相同功能的電路均可用作第二選擇電路。
進一步的，所述第二回授電路204具體包括第三放大器AMP3，所述第三放大器AMP3的第一輸入端接收所述雙向直流轉換器的輸出電壓Vout，其第二輸入端接收所述 第三參考電壓VREF3，其輸出端輸出所述第二回授信號Vdischcomp。
進一步的，所述雙向直流轉換器還包括由第一開關電晶體S1和第二開關電晶體S2組成的第一選擇電路307，其中，所述第一開關電晶體S1由所述第一檢測信號Vchg控制其開關狀態，所述第二開關電晶體S2由所述第二檢測信號Vdisch控制其開關狀態，所述第一開關電晶體S1的第一端接所述第一回授信號Vchgcomp；所述第二開關電晶體第一端接所述第二回授信號Vdischcomp；所述第一開關電晶體S1的第二端和第二開關電晶體S2的第二端相連接，其共同連接端作為所述第一選擇電路307的輸出端，其輸出端與所述PWM控制電路連接；所述第一選擇電路307根據所述第一開關電晶體S1和第二開關電晶體S2的開關狀態選擇將所述第一回授信號Vchgcomp或第二回授信號Vdidchcomp傳輸給所述PWM控制電路。
具體地，所述功率傳輸支路205具體包括第三開關電晶體Q3和保護控制電路308，所述第三開關電晶體Q3的第一功率端接所述雙向直流轉換器的輸入端，其第二功率端接所述雙向直流轉換器的輸出端，其控制端與所述保護控制電路308的輸出端連接。所述保護控制電路308接收表示負載狀態的電壓信號Vload、輸出電壓Vout和通過第三開關電晶體Q3的電流信號Iout，在所述電壓信號Vload為高準位有效狀態時，所述保護控制電路根據所述輸出電壓Vout和電流信號Iout對通過第三開關電晶體Q3的電流 和輸出電壓進行調節控制，以保護所述輸入電源和輸出端的負載。
上述的第一檢測電路201、第二檢測電路202、第一回授電路203、第二回授電路204和功率傳輸支路205各給出了一種具體實施例方式，本領域技術人員可知，任何能實現相同功能的電路均可應用至本發明實施例，均落在本發明實施例的保護範圍之內。
結合上述的電路連接關係，對本發明實施例的雙向直流轉換器的工作原理進行說明：當輸入電源存在時，流過檢測電阻Rs的電流Iin大於零，這時，所述第一比較器CMP1輸出的第一檢測信號Vchg為高準位有效狀態，則第二檢測信號Vdisch為低準位無效狀態。所述第一開關電晶體S1導通，所述第二開關電晶體S2關斷，所述PWM控制電路接收所述第一回授信號Vchgcomp和第一檢測信號Vchg以控制功率開關電晶體Q1和功率開關電晶體Q2的開關動作以使所述雙向直流轉換器工作於同步降壓模式，對所述鋰電池充電。這裏，當所述第一誤差信號VC1小於所述第二誤差信號VC2時，所述所述第一誤差信號VC1作為第一回授信號傳輸給所述PWM控制電路時，所述鋰電池以定流充電模式進行充電；當所述第二誤差信號VC2小於所述第一誤差信號VC1時，所述第一誤差信號VC1作為第一回授信號傳輸給所述PWM控制電路時，所述鋰電池以定壓充電模式進行充電。
這裏，當負載為有效狀態時，所述第三開關電晶體Q3導通，輸入電源除透過功率開關電晶體Q1和功率開關電晶體Q2對鋰電池充電外，也直接對負載供電。
當所述輸入電源不存在時，所述輸入電流Iin等於零，所述第一檢測信號Vchg為低準位無效狀態，這時，如果負載為有效狀態時，所述電壓信號Vload為高準位狀態，則所述第二檢測信號Vdisch為高準位有效狀態，所述第二開關電晶體S2導通，所述第一開關電晶體S1關斷，所述PWM控制電路接收所述第二回授信號Vdischcomp和第二檢測信號Vdisch以控制功率開關電晶體Q1和功率開關電晶體Q2的開關動作以使所述雙向直流轉換器工作於同步升壓模式，同時，所述過壓保護電壓控制所述第三開關電晶體Q3導通，所述鋰電池的電能轉換為輸出電壓透過所述功率傳輸支路供給負載，這裏，所述功率傳輸支路可對輸出端電壓進行調節，例如，當所述鋰電池電壓大於所述負載所需的供電電壓時，所述功率傳輸支路可調節所述第三開關電晶體Q3的壓降以降低輸出端電壓，可為負載提供穩定的輸出電壓。
綜上，依據本發明實施例的一種雙向直流轉換器，其透過控制雙向直流轉換器在輸入電源存在時工作於同步降壓模式，以正向給鋰電池充電，在輸入電源不存在時，所述雙向直流轉換器工作於同步升壓模式，以反向將鋰電池的能量傳輸給輸出端供給負載，另外，本發明實施例透過功率傳輸支路將輸入電源或電池的能量傳輸給輸出端供給 負載，可為輸入電源進行限流保護或為負載提供穩定電壓。
參考圖3-2，所示為依據本發明的一種高效率的雙向直流轉換器的第二實施例的具體電路圖；本實施例中的第一檢測電路、第二檢測電路、第二回授電路和功率傳輸支路以及PWM控制電路均相同，所不同的是，本實施例中的第一回授電路在上述第一實施例的基礎上增加了輸入電流限制電路，以滿足對輸入電流需要限制的場合，以避免前級電路功率不夠而不能正常工作的情況。
進一步的，所述第一回授電路還包括輸入電流限制電路，所述輸入電流限制電路包括第四放大器AMP4，所述第四放大器AMP4比較所述輸入電壓和所述電阻電壓VINS與一第四參考電壓之和VREF4，並產生第三誤差信號VC3。相應的，所述第二選擇電路還包括一第三二極體D3，當所述第一誤差信號VC1、第二誤差信號VC2、第三誤差信號VC3哪一信號為低則對應的二極體導通，則較低的誤差信號作為所述第一回授信號Vchgcomp。
本實施例的雙向直流轉換器的控制電路的工作原理與上述的第一實施例基本相同，有所差別的是，所述第二選擇電路選取第一誤差信號VC1、第二誤差信號VC2、第三誤差信號VC3哪一信號為低則作為所述第一回授信號，當所述第一誤差信號VC1作為第一回授信號傳輸給所述PWM控制電路時，所述鋰電池以定流充電模式進行充電；當所述第二誤差信號VC2作為第一回授信號傳輸給所 述PWM控制電路時，所述鋰電池以定壓充電模式進行充電。當所述第三誤差信號VC3作為第一回授信號傳輸給所述PWM控制電路時，所述PWM控制電路控制功率開關電晶體Q1、功率開關電晶體Q2和電感L1以輸入電源所允許的最大電流給電池充電，這時，當負載為有效狀態時，所述第三開關電晶體Q3導通，所述功率傳輸支路盡可能多的吸取輸入功率以優先滿足負載的供電要求，剩餘的輸入功率被用來給電池充電。
透過本實施例的雙向直流轉換器，透過輸入電流限制電路的設計可滿足對輸入電流需要限制的場合，用輸入電源所允許的最大電流給電池充電，在有負載存在的情況下，所述輸入電流限制電路一方面可保證負載能夠正常工作，另一方面將剩餘的輸入功率用來給電池充電，提高系統的效率。
參考圖4，所示為依據本發明的一種高效率的雙向直流轉換器的控制方法的流程圖；所述雙向直流轉換器包括有一電池且所述雙向直流轉換器具有一個輸入埠和輸出埠，且只包含有一個磁性元件，在該實施例中，所述雙向直流轉換器的控制方法包括以下步驟：S401：檢測所述輸入埠是否存在輸入電源：S402：當檢測到輸入埠有輸入電源存在時，所述雙向直流轉換器以第一工作模式運行，以給所述電池充電；S403：當檢測到輸入埠沒有輸入電源存在時，所述雙向直流轉換器以第二工作模式運行，以將所述電池的電能 傳輸給輸出埠以供給負載；S404：其中，在所述第一工作模式和所述第二工作模式運行中的電能傳輸均通過所述磁性元件。
進一步的，在所述輸入埠和輸出埠之間設有一功率傳輸支路，所述輸入電源的電能或所述電池的電能透過所述功率傳輸支路送至輸出埠供給負載。
優選的，所述功率傳輸支路根據輸入電源的供電大小和負載的電流要求對所述功率傳輸支路的電流和輸出電壓進行控制，以保護所述輸入電源和輸出端的負載。
優選的，當檢測到輸入電源存在時，根據所述雙向直流轉換器的負載狀態和輸入電源的供電大小調整所述電池的充電電流，以保證所述電池能以最大功率充電且所述輸入電源不會發生超載。
綜上所述，依照本發明所公開的雙向直流轉換器及其控制方法，透過對輸入電源是否存在的檢測，以據此來控制雙向直流轉換器工作於同步降壓模式或同步升壓模式以實現能量的雙向傳輸，並且兩種工作模式中能量的傳輸均通過同一個磁性元件，減少了裝置的數量；此外本發明採用功率傳輸支路來將輸入電源電能或電池電能傳輸給輸出端，並可進行限流和限壓保護，可保護輸入電源和負載；另外，在需要輸入電流限制的場合，本發明的雙向直流轉換器先滿足負載的供電需求，再將剩餘的輸入功率給電池充電。本發明的雙向直流轉換器的控制方案簡單，效率高。
依照本發明的實施例如上文所述，這些實施例並沒有詳盡敍述所有的細節，也不限制該發明僅為所述的具體實施例。顯然，根據以上描述，可作很多的修改和變化。本說明書選取並具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發明的原理和實際應用，從而使所屬技術領域技術人員能很好地利用本發明以及在本發明基礎上的修改使用。本發明僅受權利要求書及其全部範圍和等效物的限制。
Ba‧‧‧鋰電池
C1‧‧‧輸入電容
Q1‧‧‧功率開關電晶體
Q2‧‧‧功率開關電晶體
L1‧‧‧電感
201‧‧‧第一檢測電路
202‧‧‧第二檢測電路
203‧‧‧第一回授電路
204‧‧‧第二回授電路
205‧‧‧功率傳輸支路
206‧‧‧PWM控制電路
S1‧‧‧第一開關電晶體
S2‧‧‧第二開關電晶體

Claims (13)

  1. 一種高效率的雙向直流轉換器的控制方法，該雙向直流轉換器包括有一電池且該雙向直流轉換器具有一個輸入埠和輸出埠，其中，該雙向直流轉換器只包含有一個磁性元件，該控制方法包括以下步驟：檢測該輸入埠是否存在輸入電源：當檢測到輸入埠有輸入電源存在時，該雙向直流轉換器以第一工作模式運行，以給該電池充電；當檢測到輸入埠沒有輸入電源存在時，該雙向直流轉換器以第二工作模式運行，以將該電池的電能傳輸給輸出埠以供給負載；其中，在該第一工作模式和該第二工作模式運行中的電能傳輸均通過該磁性元件。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的雙向直流轉換器的控制方法，其中，在該輸入埠和輸出埠之間設有一功率傳輸支路，該輸入電源的電能或該電池的電能透過該功率傳輸支路送至輸出埠供給負載。
  3. 根據申請專利範圍第2項所述的雙向直流轉換器的控制方法，其中，該功率傳輸支路對該功率傳輸支路的電流和輸出電壓進行調節控制，以保護該輸入電源和輸出端的負載。
  4. 根據申請專利範圍第2項所述的雙向直流轉換器的控制方法，其中，當檢測到輸入電源存在時，根據該雙向直流轉換器的負載電流要求和輸入電源的供電大小調整 該電池的充電電流，以保證該電池能以最大功率充電且該輸入電源不會發生超載。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述的雙向直流轉換器的控制方法，其中，該第一工作模式為同步降壓工作模式，該第二工作模式為同步升壓工作模式。
  6. 一種高效率的雙向直流轉換器，其具有一輸入埠用以接收輸入電源，一輸出埠用以給負載供電，還包括有一電池，其中，該雙向直流轉換器只包含有一個磁性元件以及一檢測電路，該檢測電路用以判定輸入埠是否存在輸入電源：當檢測到輸入埠有輸入電源存在時，該雙向直流轉換器以第一工作模式運行，以給該電池充電；當檢測到輸入埠沒有輸入電源存在時，該雙向直流轉換器以第二工作模式運行，以將該電池的電能傳輸給輸出埠以供給負載；其中，在該第一工作模式和該第二工作模式運行中的電能傳輸均通過該磁性元件。
  7. 根據申請專利範圍第6項所述的雙向直流轉換器，其中，該雙向直流轉換器還包括一功率傳輸支路，該功率傳輸支路連接於該輸入埠和該輸出埠之間，用以將輸入電源的電能或該電池的電能送至輸出埠供給負載。
  8. 根據申請專利範圍第7項所述的雙向直流轉換器，其中，該功率傳輸支路對功率傳輸支路的電流和輸出 電壓進行調節控制，以保護該輸入電源和輸出端的負載。
  9. 根據申請專利範圍第7項所述的雙向直流轉換器，其中，當檢測到輸入電源存在時，該功率傳輸支路根據該雙向直流轉換器的負載狀態和輸入電源的供電大小調整該電池的充電電流，以保證該充電電池能以最大功率充電且該輸入電源不會發生超載。
  10. 根據申請專利範圍第7項所述的雙向直流轉換器，其中，該雙向直流轉換器還包括一負載檢測電路，用以檢測負載的狀態，當該負載為有效狀態時，該功率傳輸支路導通。
  11. 根據申請專利範圍第6項所述的雙向直流轉換器，其中，該檢測電路檢測輸入埠的輸入電流以判定該輸入電源是否存在：當該輸入電流大於零時，則輸入埠存在該輸入電源；當該輸入電流等於零時，則輸入埠不存在該輸入電源。
  12. 根據申請專利範圍第6項所述的雙向直流轉換器，其中，該雙向直流轉換器還包括第一回授電路、第二回授電路、第一選擇電路和PWM控制電路，該第一回授電路將該電池的電流回授信號和一第一參考電壓進行比較，以產生第一誤差信號；將該電池的電壓回授信號和一第二參考電壓進行比較，以產生第二誤差信號；然後選取該第一誤差信號和該第二誤差信號中較低者作為該第一回授信號； 該第二回授電路接收將該雙向直流轉換器的輸出電壓和一第三參考電壓，以產生第二回授信號；該第一選擇電路接收該第一回授信號和該第二回授信號，以選擇該第一回授信號或第二回授信號傳輸給該PWM控制電路；該PWM控制電路根據該第一回授信號或第二回授信號控制該電池的充電電流或電壓。
  13. 根據申請專利範圍第12項所述的雙向直流轉換器，其中，該第一回授電路進一步包括輸入電流限制電路，該輸入電流限制電路比較該輸入電壓和一電阻電壓與第四參考電壓之和，並產生第三誤差信號；其中，該電阻電壓為利用一檢測電阻檢測輸入電流獲得；該第一回授電路選取該第一誤差信號、第二誤差信號和第三誤差信號，中較低者作為該第一回授信號。
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