一种可升降压的双向DC/DC变换装置的制作方法 专利技术说明

发电;变电;配电装置的制造技术一种可升降压的双向dc/dc变换装置技术领域1.本发明属于双向直流变换器技术领域，具体涉及一种可升降压的双向dc/dc变换装置。背景技术：2.dc/dc变换装置是将某一电压等级的直流电源变换其他电压等级直流电源的装置。通常应用于电动汽车、太阳能系统、工业自动化系统等场景，根据这些场景的变换，需要不同的电压范围来满足工作需要。然而，目前大多数的dc/dc变换装置实现电压输出时，只能单方面的升压变换或者降压变换，对于宽电压变化范围的需求实现困难，同时负载与直流电源之间的能量双向流动也是必不可少的。技术实现要素：3.针对现有技术的上述不足，本发明提供一种可升降压的双向dc/dc变换装置，以解决上述技术问题。4.本发明提供一种可升降压的双向dc/dc变换装置，包括：功率开关s1、s2、s3、s4，滤波电感l1、l2，滤波电容c1；其中，功率开关s1、s2和s3、s4分别按顺序串联成闭合电路，滤波电容c1的一端连接功率开关s1、s3的连接点；滤波电容c1的另一端连接功率开关s2、s4的连接点；5.滤波电感l1的一端作为电源侧正极，滤波电感l1另一端连接至功率开关s1、s2的连接点；功率开关s2与滤波电容c1的连接点作为装置的电源侧负极；6.滤波电感l2的一端作为负载侧正极，滤波电感l2的另一端连接至功率开关s3与、s4的连接点；功率开关s4与滤波电容c1的连接点作为dc/dc变换装置的负载侧负极。7.进一步的，双向dc/dc变换装置包括多种工作模式，其中，8.工作模式为能量从电源侧向负载侧流动的降压工作模式时，功率开关s1、s2、s4均一直处于关断状态，功率开关s3处于开通或关断状态；9.工作模式为能量从电源侧向负载侧流动的升压工作模式时，功率开关s1、s4均一直处于关断状态，功率开关s3工作一直处于开通状态，功率开关s2处于开通或关断状态；10.工作模式为能量从负载侧向电源侧流动的降压工作模式时，功率开关s2、s3、s4均一直处于关断状态，功率开关s1工作在开关状态，功率开关s1处于开通或关断状态；11.工作模式为能量从负载侧向电源侧流动的升压工作模式时，功率开关s2、s3均一直处于关断状态，功率开关s1工作一直处于开通状态，功率开关s4工作在开关状态，功率开关s4处于开通或关断状态。12.进一步的，在能量从电源侧向负载侧流动的降压工作模式，13.功率开关s3导通时，双向dc/dc变换装置包括能量从电源侧正极流出，依次经滤波电感l1、功率开关s1的续流二极管、功率开关s3、滤波电感l2到负载，流回电源侧负极的回路；还包括能量从滤波电容c1的正极流出经功率开关s3、滤波电感l2到负载在流回滤波电容c1的负极的回路；14.功率开关s3关断时，双向dc/dc变换装置包括能量从滤波电感l1流出经功率开关s1的续流二极管流入到滤波电容c1，再经电源流回滤波电感l1的回路；还包括能量从滤波电感l2流出依次经负载、开关管s4的续流二极管流回滤波电感l2的回路。15.进一步的，在能量从电源侧向负载侧流动的升压工作模式，16.功率开关s2开通时，双向dc/dc变换装置包括能量从电源侧正极流出，依次经滤波电感l1、功率开关s2流回电源侧负极的回路，还包括能量从滤波电感l2流出，依次经输出端的负载、功率开关管s4的续流二极管流回滤波电感l2的回路；17.功率开关s2关断时，双向dc/dc变换装置包括能量从电源侧正极流出，依次经滤波电感l1、功率开关s1的续流二极管、功率开关s3、滤波电感l2到负载，流回电源侧负极的回路。18.进一步的，在能量从负载侧向电源侧流动的降压工作模式，19.功率开关s1导通时，双向dc/dc变换装置包括能量从负载侧正极流出，依次经滤波电感l2、功率开关s3的续流二极管、功率开关s1、滤波电感l1到直流电源，流回负载侧负极的回路；还包括能量从滤波电容c1的正极流出经功率开关s1、滤波电感l1到直流电源，再流回滤波电容c1的负极的回路；20.功率开关s1关断时，双向dc/dc变换装置包括能量从滤波电感l2流出经开关管s3的续流二极管流入到滤波电容c1，再经负载流回滤波电感l2的回路；还包括能量从滤波电感l1流出依次经直流电源、功率开关s2的续流二极管流回滤波电感l1的回路。21.进一步的，在能量从负载侧向电源侧流动的升压工作模式，22.功率开关s4开通时，双向dc/dc变换装置包括能量从负载侧正极流出，依次经滤波电感l2、功率开关s4流回负载侧负极的回路，还包括能量依次从滤波电感l1流出依次经直流电源、功率开关管s2的续流二极管流回滤波电感l1的回路；23.功率开关s4关断时，双向dc/dc变换装置包括能量从负载侧正极流出，依次经滤波电感l2、功率开关s3的续流二极管、功率开关s1、滤波电感l1到直流电源，再流回负载侧负极的回路。24.本发明的有益效果在于，本发明提出了一种既可以升压、又可以降压的dc/dc变换装置拓扑结构，很好的解决了宽电压范围输出的问题，能够自动根据负载的需求调节输出电压的高低。本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。附图说明25.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。26.图1是本发明所述dc/dc变换装置的拓扑结构的示意图；27.图2是本发明实施例提供的双向dc/dc变换装置在处于能量从电源侧向负载侧流动降压工作模式中开关管s3开通时刻的能量流动示意图；28.图3是本发明实施例提供的双向dc/dc变换装置在处于能量从电源侧向负载侧流动降压工作模式中开关管s3关断时刻的能量流动示意图；29.图4是本发明实施例提供的双向dc/dc变换装置在处于能量从电源侧向负载侧流动升压工作模式中开关管s2开通时刻的能量流动示意图；30.图5是本发明实施例提供的双向dc/dc变换装置在处于能量从电源侧向负载侧流动升压工作模式中开关管s2关断时刻的能量流动示意图。具体实施方式31.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。32.如图1所示，本发明实施例提供一种可升降压的双向dc/dc变换装置，其特征在于，包括：功率开关s1、s2、s3、s4，滤波电感l1、l2，滤波电容c1；其中，功率开关s1、s2和s3、s4分别按顺序串联成闭合电路，滤波电容c1的一端连接功率开关s1、s3的连接点；滤波电容c1的另一端连接功率开关s2、s4的连接点；33.滤波电感l1的一端作为电源侧正极，滤波电感l1另一端连接至功率开关s1、s2的连接点；功率开关s2与滤波电容c1的连接点作为装置的电源侧负极；34.滤波电感l2的一端作为负载侧正极，滤波电感l2的另一端连接至功率开关s3与、s4的连接点；功率开关s4与滤波电容c1的连接点作为dc/dc变换装置的负载侧负极。35.在本发明中实施例中，所有功率开关s1、s2、s3、s4占空比根据输出电压与输入电压的关系确定，可以为占空比＝输出电压/输入电压。36.本发明实施例提出了一种既可以升压、又可以降压的dc/dc变换装置拓扑结构，拓扑结构简单，电源侧、负载侧或者输入、输出电路结构对称，且本实施例的设计趋向于易于实现的模块化，控制方法简单，很好的解决了宽电压范围输出的问题，并且能够自动根据负载的需求调节输出电压的高低。37.可选地，作为本发明一个实施例，双向dc/dc变换装置包括多种工作模式，其中，本发明实施例提供的所述的dc/dc变换装置有四种工作模式，分别是能量从电源侧向负载侧流动的降压工作模式、能量从电源侧向负载侧流动的升压工作模式、能量从负载侧向电源侧流动的降压工作模式、能量从负载侧向电源侧流动的升压工作模式。实现不同工作模式的控制方法为：38.工作模式为能量从电源侧向负载侧流动的降压工作模式时，功率开关s1、s2、s4均一直处于关断状态，功率开关s3处于开通或关断状态；工作模式为能量从电源侧向负载侧流动的升压工作模式时，功率开关s1、s4均一直处于关断状态，功率开关s3工作一直处于开通状态，功率开关s2处于开通或关断状态；工作模式为能量从负载侧向电源侧流动的降压工作模式时，功率开关s2、s3、s4均一直处于关断状态，功率开关s1工作在开关状态，功率开关s1处于开通或关断状态；工作模式为能量从负载侧向电源侧流动的升压工作模式时，功率开关s2、s3均一直处于关断状态，功率开关s1工作一直处于开通状态，功率开关s4工作在开关状态，功率开关s4处于开通或关断状态。39.可选地，作为本发明一个实施例，在能量从电源侧向负载侧流动的降压工作模式，功率开关s3导通时，如图2所示，双向dc/dc变换装置包括能量从电源侧正极流出，依次经滤波电感l1、功率开关s1的续流二极管、功率开关s3、滤波电感l2到负载，流回电源侧负极的回路；还包括能量从滤波电容c1的正极流出经功率开关s3、滤波电感l2到负载在流回滤波电容c1的负极的回路；功率开关s3关断时，如图3所示，由于电感上的电流不能突变，仍然会有两个能量流动回路存在，双向dc/dc变换装置包括能量从滤波电感l1流出经功率开关s1的续流二极管流入到滤波电容c1，再经电源流回滤波电感l1的回路；还包括能量从滤波电感l2流出依次经负载、开关管s4的续流二极管流回滤波电感l2的回路。40.可选地，作为本发明一个实施例，在能量从电源侧向负载侧流动的升压工作模式，功率开关s2开通时，如图4所示，双向dc/dc变换装置包括能量从电源侧正极流出，依次经滤波电感l1、功率开关s2流回电源侧负极的回路，还包括能量从滤波电感l2流出，依次经输出端的负载、功率开关管s4的续流二极管流回滤波电感l2的回路；功率开关s2关断时，如图5所示，由于电感上的电流不能突变，会在电感上形成感应电动势，输出电压为直流电源与电感电动势的电压之和，达到升压的效果，双向dc/dc变换装置包括能量从电源侧正极流出，依次经滤波电感l1、功率开关s1的续流二极管、功率开关s3、滤波电感l2到负载，流回电源侧负极的回路。41.可选地，作为本发明一个实施例，在能量从负载侧向电源侧流动的降压工作模式，功率开关s1导通时，双向dc/dc变换装置包括能量从负载侧正极流出，依次经滤波电感l2、功率开关s3的续流二极管、功率开关s1、滤波电感l1到直流电源，流回负载侧负极的回路；还包括能量从滤波电容c1的正极流出经功率开关s1、滤波电感l1到直流电源，再流回滤波电容c1的负极的回路；功率开关s1关断时，双向dc/dc变换装置包括能量从滤波电感l2流出经开关管s3的续流二极管流入到滤波电容c1，再经负载流回滤波电感l2的回路；还包括能量从滤波电感l1流出依次经直流电源、功率开关s2的续流二极管流回滤波电感l1的回路。42.可以看出在本实施例中，功率开关s1开通或者关断时的能量流动过程与能量从电源侧向负载侧流动降压工作模式下，功率开关s3开通或者关断时能量流动过程相反。43.可选地，作为本发明一个实施例，在能量从负载侧向电源侧流动的升压工作模式，功率开关s4开通时，双向dc/dc变换装置包括能量从负载侧正极流出，依次经滤波电感l2、功率开关s4流回负载侧负极的回路，还包括能量依次从滤波电感l1流出依次经直流电源、功率开关管s2的续流二极管流回滤波电感l1的回路；功率开关s4关断时，双向dc/dc变换装置包括能量从负载侧正极流出，依次经滤波电感l2、功率开关s3的续流二极管、功率开关s1、滤波电感l1到直流电源，再流回负载侧负极的回路。44.可以看出在本实施例中，功率开关s4开通或者关断时的能量流动过程与能量从电源侧向负载侧流动升压工作模式相反。45.尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内活任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。









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