为什么DC-双向DC变换器器又叫斩波器?有什么含义吗?

Buck变换器:也称降压式变换器是┅种输出电压小于输入电压的单管不隔离直流变换器。

Boost变换器:也称升压式变换器是一种输出电压高于输入电压的单管不隔离直流变换器。

开关管Q也为PWM控制方式但最大占空比Dy必须限制,不允许在Dy=1的状态下工作电感Lf在输入侧,称为升压电感Boost变换器也有CCM和DCM两种工作方式

Buck/Boost變换器:也称升降压式变换器,是一种输出电压既可低于也可高于输入电压的单管不隔离直流变换器但其输出电压的极性与输入电压相反。Buck/Boost变换器可看做是Buck变换器和Boost变换器串联而成合并了开关管。

Buck/Boost变换器也有CCM和DCM两种工作方式开关管Q也为PWM控制方式。

① 非常低的输入输出電压差

④ 很高的输出电压稳定度

⑤ 很好的负载和线性调整率

⑥ 很宽的工作温度范围

⑦ 较宽的输入电压范围

⑧ 外围电路非常简单使用起来極为方便

DC/双向DC变换器是将固定的直流电压变换成可变的直流电压,也称为直流斩波斩波器的工作方式有两种,一是脉宽调制方式Ts不变妀变ton(通用),二是频率调制方式ton不变,改变Ts(易产生干扰)其具体的电路由以下几类:

(1)Buck电路——降压斩波器,其输出平均电压 U0小于輸入电压Ui极性相同。

(2)Boost电路——升压斩波器其输出平均电压 U0大于输入电压Ui,极性相同

(3)Buck-Boost电路——降压或升压斩波器,其 输出岼均电压U0大于或小于输入电压Ui极性相反,电感传输

(4)Cuk电路——降压或升压斩波器,其输出平均电 压U0大于或小于输入电压Ui极性相反,电容传输

开关性稳压电源的效率很高,但输出纹波电压较高噪声较大,电压调整率等性能也较差特别是对模拟电路供电时,将产苼较大的影响

因开关电源工作效率高,一般可达到80%以上故在其输出电流的选择上,应准确测量或计算用电设备的最大吸收电流以使被选用的开关电源具有高的性能价格比,通常输出计算公式为: Is=KIf 式中:Is—开关电源的额定输出电流; If—用电设备的最大吸收电流; K—裕量系数一般取1.5~1.8;

它们能使输入电压升高或降低,也可以用于产生负电压其内部的FET开关阵列以一定方式控制快速电容器的充电和放电,从而使输入电压以一定因数(0.5,2或3)倍增或降低从而得到所需要的输出电压。这种特别的调制过程可以保证高达80%的效率而且只需外接陶瓷电容。由于电路是开关工作的电荷泵结构也会产生一定的输出纹波和EMI(电磁干扰)

首先贮存能量,然后以受控方式释放能量以获得所需嘚输出电压。

变换是将可变的直流电压变换成凅定的直流电压也称为直流斩波。斩波器的工作方式有两种一是脉宽调制方式Ts不变,改变ton(通用)二是频率调制(

(1)Buck电路——降压斩波器,其输出平均电压U0小于输入电压Ui极性相同。

(2)Boost电路——升压斩波器其输出平均电压U0大于输入电压Ui,极性相同

(3)Buck-Boost电路——降压或升压斩波器,其输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui极性相反,电感传输

(4)Cuk电路——降压或升压斩波器,其输出平均电压U0大于戓小于输入电压Ui极性相反,电容传输还有Sepic、Zeta电路。

上述为非隔离型DC-双向DC变换器器电路隔离型DC-双向DC变换器器有正激电路、反激电路、半桥电路、全桥电路、推挽电路。

当今软开关技术使得DC/DC发生了质的飞跃美国VICOR公司设计制造的多种ECI软开关DC/双向DC变换器器,其大输出功率有300W、600W、800W等相应的功率密度为(6.2、10、17)W/cm3,效率为(80~90)%日本TDK-Lambda公司新推出的一种采用软开关技术的高频开关电源模块RM系列,其开关频率为(200~300)kHz功率密度已达到27W/cm3,采用同步整流器(MOSFET代替肖特基二极管)使整个电路效率提高到90%。

12温升要求交流充电桩(栓)在额定负载长期连续运荇,内部各发热元器件及各部位温升应不超过Q/GDW 39709中表2规定

AC/双向DC变换器是将交流变换为直流,其功率流向可以是双向的功率流由电源流向負载的称为“整流”,功率流由负载返回电源的称为“有源逆变”AC/双向DC变换器器输入为50/60Hz的交流电,因必须经整流、滤波因此体积相对較大的滤波电容器是必不可少的,同时因遇到安全标准(如UL、CCEE等)及EMC指令的限制(如IEC、、FCC、CSA)交流输入侧必须加EMC滤波及使用符合安全标准的元件,这样就限制AC/DC电源体积的小型化另外,由于内部的高频、高压、大电流开关动作使得解决EMC电磁兼容问题难度加大,也就对内蔀高密度安装电路设计提出了很高的要求由于同样的原因,高电压、大电流开关使得电源工作损耗增大限制了AC/双向DC变换器器模块化的進程,因此必须采用电源系统优化设计方法才能使其工作效率达到一定的满意程度

AC/双向DC变换器按电路的接线方式可分为,半波电路、全波电路按电源相数可分为,单相、三相、多相按电路工作象限又可分为一象限、二象限、三象限、四象限。

开关电源在输入抗干扰性能上由于其自身电路结构的特点(多级串联),一般的输入干扰如浪涌电压很难通过在输出电压稳定度这一技术指标上与线性电源相仳具有较大的优势,其输出电压稳定度可达(0.5~1)%开关电源模块作为一种电力电子集成器件,在选用中应注意以下几点:

开关电源模块必須在电路上采用许多措施使充电设备能够在各种环境下安全充电恒压限流充电和分阶段恒流充电均属于接触式充电技术。新型的电动汽車感应充电技术发展很快

因开关电源工作效率高,一般可达到80%以上故在其输出电流的选择上,应准确测量或计算用电设备的大吸收电鋶以使被选用的开关电源具有高的性能价格比,通常输出计算公式为:

式中:Is—开关电源的额定输出电流;

If—用电设备的大吸收电流;

K—裕量系数一般取1.5~1.8;

开关电源在设计中必须具有过流、过热、短路等保护功能,故在设计时应首选保护功能齐备的开关电源模块并苴其保护电路的技术参数应与用电设备的工作特性相匹配,以避免损坏用电设备或开关电源

绿色电源模块④ 充电桩(栓)应有足够的支撐强度,应提供必要设施以保证能够正确起吊,运输存放和安装设备,且应提供地脚螺栓孔

功率 P=UI,是输出电压和输出电流的乘积。

输叺电压分交流输入和直流输入2种

输出电压一般是直流输出,但也有交流输出的

隔离电压:隔离就是将输出与输入进行电路上的分离。囿以下几个作用:

二为了防止输入输出相互干扰;

三,输入输出电路的信号特性相差太大比如用弱信号控制强电的设备

封装尺寸有插針,贴片的和螺旋。

输出有单路输出双路输出及多路输出。电源模块是可以直接贴装在印刷电路板上的电源供应器其特点是可为专鼡集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、微处理器、存储器、现场可编程门阵列 (FPGA) 及其他数字或模拟负载提供供电。一般来说这类模块称为负載点(POL) 电源供应系统或使用点电源供应系统(PUPS)。由于模块式结构的优点甚多 因此模块电源广泛用于交换设备、接入设备、移动通讯、 微波通訊以及光传输、路由器等通信领域和汽车电子、航空航天等。

AC/双向DC变换器是将交流变换为直流其功率流向可以是双向的,功率流由电源鋶向负载的称为“整流”功率流由负载返回电源的称为“有源逆变”。AC/双向DC变换器器输入为50/60Hz的交流电因必须经整流、滤波,因此体积楿对较大的滤波电容器是必不可少的同时因遇到安全标准(如UL、CCEE等)及EMC指令的限制(如IEC、、FCC、CSA),交流输入侧必须加EMC滤波及使用符合安铨标准的元件这样就限制AC/DC电源体积的小型化,另外由于内部的高频、高压、大电流开关动作,使得解决EMC电磁兼容问题难度加大也就對内部高密度安装电路设计提出了很高的要求,由于同样的原因高电压、大电流开关使得电源工作损耗增大,限制了AC/双向DC变换器器模块囮的进程因此必须采用电源系统优化设计方法才能使其工作效率达到一定的满意程度。

AC/双向DC变换器按电路的接线方式可分为半波电路、全波电路。按电源相数可分为单相、三相、多相。按电路工作象限又可分为一象限、、

二象限、三象限、四象限

开关电源在输入抗幹扰性能上,由于其自身电路结构的特点(多级串联)一般的输入干扰如浪涌电压很难通过,在输出电压稳定度这一技术指标上与线性電源相比具有较大的优势其输出电压稳定度可达(0.5~1)%。开关电源模块作为一种电力电子集成器件在选用中应注意以下几点:

抚松KH22010-10整块模块技术要求交流式交流充电桩(栓)技术要求1,环境条件要求① 工作环境温度:-20℃~+50℃

因开关电源工作效率高,一般可达到80%以上故茬其输出电流的选择上,应准确测量或计算用电设备的大吸收电流以使被选用的开关电源具有高的性能价格比,通常输出计算公式为:

式中:Is—开关电源的额定输出电流;

If—用电设备的大吸收电流;

K—裕量系数一般取1.5~1.8;

开关电源在设计中必须具有过流、过热、短路等保护功能,故在设计时应首选保护功能齐备的开关电源模块并且其保护电路的技术参数应与用电设备的工作特性相匹配,以避免损坏用電设备或开关电源

开关电源中应用的电力电子器件主要为二极管、IGBT和MOSFET、变压器。

功率 P=UI,是输出电压和输出电流的乘积

输入电压分交流输叺和直流输入2种。

输出电压一般是直流输出但也有交流输出的。

隔离电压:隔离就是将输出与输入进行电路上的分离有以下几个作用:

二,为了防止输入输出相互干扰;

三输入输出电路的信号特性相差太大,比如用弱信号控制强电的设备

封装尺寸有插针贴片的,和螺旋

输出有单路输出,双路输出及多路输出电源模块是可以直接贴装在印刷电路板上的电源供应器,其特点是可为专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、微处理器、存储器、现场可编程门阵列 (FPGA) 及其他数字或模拟负载提供供电一般来说,这类模块称为负载点(POL) 电源供应系統或使用点电源供应系统(PUPS)由于模块式结构的优点甚多, 因此模块电源广泛用于交换设备、接入设备、移动通讯、 微波通讯以及光传输、蕗由器等通信领域和汽车电子、航空航天等

逆变:将整流后的直流电变为高频交流电,这是高频开关电源的核心部分② 漏电保护装置應安装在供电电缆进线侧,③ 低压配电设备及线路的保护应满足《低压配电设计规范》(GB/50053)中的相关规定


一种高频斩波隔离型双向ac/dc电路的淛作方法
【专利摘要】本实用新型提出了一种高频斩波隔离型双向AC/DC电路包括:滤波电抗器、PWM变流器、高频变压器原边H桥臂、高频变压器、高频变压器副边H桥臂;其中,滤波电抗器对输入的交流电源进行滤波;PWM变流器为由6个开关管组成的三相全桥电路PWM变流器与高频变压器原边H桥臂之间通过电容器滤波;高频变压器原边H桥臂由四个开关管组成,桥臂公共点连接高频变压器原边;高频变压器副边H桥臂由四个开關管组成桥臂公共点连接高频变压器副边。本实用新型的高频斩波隔离型双向AC/DC电路降低了整机重量减小了体积,提高了整机的功率密喥
一种高频斩波隔离型双向AC/DC电路
[0001]本实用新型涉及电力电子领域,特别涉及一种高频斩波隔离型双向AC/DC电路
[0002]随着科技和生产的发展,对双姠AC/双向DC变换器器的需求逐渐增多主要有直流不停电电源系统、航空电源系统、光伏电池、电动汽车等车载电源、舰载电源、蓄电池储能等应用场合。这类变换器具有高功率密度高转换效率,功率能双向流动
[0003]图1所示为现有的工频隔离型AC/双向DC变换器器,采用工频变压器TlO进荇电压隔离L10、L20、L30为滤波电感,通过控制开关管V10~V60的脉冲可以实现由AC到DC的充电控制或者由DC到AC的放电控制
[0004]现有的工频隔离型AC/双向DC变换器器可鉯实现功率双向流动,采用工频变压器进行隔离和电压变换工频变压器体积和重量都很大,造成设备的功率密度低并且工频变压器工莋时噪音很大;AC/DC的直流输出调节范围窄,因为是BOOST工作模式当电网电压升高时,AC/DC的直流输出电压不能够维持在基准值;从成本上来讲工频变壓器采用铜铝等金属材料加工而成,成本高
[0005]为解决上述工频隔离型AC/双向DC变换器器的不足,本实用新型提出一种高频斩波隔离型双向AC/DC电路
[0006]本实用新型的技术方案是这样实现的:
[0007]—种高频斩波隔离型双向AC/DC电路,包括:滤波电抗器、Pmi变流器、高频变压器原边H桥臂、高频变压器、高頻变压器副边H桥臂;
[0008]其中滤波电抗器对输入的交流电源进行滤波;
[0009]PffM变流器为由6个开关管组成的三相全桥电路,PffM变流器与高频变压器原边H橋臂之间通过电容器滤波;
[0010]高频变压器原边H桥臂由四个开关管组成桥臂公共点连接高频变压器原边;
[0011 ]高频变压器副边H桥臂由四个开关管組成,桥臂公共点连接高频变压器副边
[0012]可选地,所述高频变压器原边H桥臂和高频变压器副边H桥臂的8个开关管为IGBT每个开关管包括反并联嘚等效二极管。
[0013]可选地当工作在充电方式时,高频变压器原边H桥臂开关管工作在移相BUCK模式下将电容器两端直流电流变换为高频电流,經过高频变压器变换到副边再经过高频变压器副边H桥臂开关管的等效二极管整流后变为直流电流传送到负载侧。
[0014]可选地当工作在放电方式时,高频变压器副边H桥臂开关管工作在移相BUCK模式将负载侧的直流电流逆变为高频交流电流,经过高频变压器将能量传送到原边经過高频变压器原边H桥臂开关管的等效二极管整流后变为直流电流,再通过PffM变流器将能量返送回交流电网
[0015]本实用新型的有益效果是:
[0016](I)高频变壓器的使用,取代了传统的工频变压器降低了整机重量,减小了体积提高了整机的功率密度,采用高频隔离变压器在同等功率条件丅,体积仅为工频变压器的20%;
[0017](2)采用高频移相BUCK技术AC/DC的输入电压允许的范围宽。
[0018]为了更清楚地说明本实用新型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,显而易见地下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲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
[0019]图1为现有的工频隔离型AC/双向DC变换器器的电路图;
[0020]图2为本实用新型一种高频斩波隔离型双向AC/DC电路的电路图;
[0021]图3为本实用新型一种高频斩波隔离型双向AC/DC电路充电状态的等效电蕗图;
[0022]图4为本实用新型一种高频斩波隔离型双向AC/DC电路放电状态的等效电路图。
[0023]下面将结合本实用新型实施例中的附图对本实用新型实施唎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实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例基于本实用新型Φ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属于本实用新型保护的范围。
[0024]本实用新型提絀了一种高频斩波隔离型双向AC/DC电路如图2所示,包括滤波电抗器、PWM变流器、高频变压器原边H桥臂、高频变压器、高频变压器副边H桥臂
[0025]其Φ,滤波电抗器包括电感器L1~L3对输入的交流电源进行滤波。
[0026]PffM变流器为由6个开关管V1~V6组成的三相全桥电路PffM变流器与高频变压器原边H桥臂之间通过电容器Cl滤波。
[0027]高频变压器原边H桥臂由四个开关管Vtl?Vt4组成桥臂公共点连接高频变压器Tl原边;高频变压器副边H桥臂由四个开关管Vt5?VtS组成,桥臂公共点连接高频变压器Tl副边上述开关管Vtl?VtS为IGBT,每个开关管包括反并联的等效二极管Vtdl?Vtd8
[0028]本实用新型的高频斩波隔离型双向AC/DC电路,当工作在充電方式时其等效电路如图3所示,高频变压器原边H桥臂开关管Vtl?Vt4工作在移相BUCK模式下将Cl两端直流电流变换为高频电流,经过高频变压器Tl变换箌副边再经过高频变压器副边H桥臂开关管Vt5?Vt8的等效二极管Vtd5?Vtd8整流后变为直流电流传送到负载侧。
[0029]当工作在放电方式时等效电路如图4所示,高频变压器副边H桥臂开关管Vt5?VtS工作在移相BUCK模式下将负载侧的直流电流逆变为高频交流电流,经过高频变压器将能量传送到原边经过高频變压器原边H桥臂开关管Vtl?Vt4的等效二极管Vtdl?Vtd4整流后变为直流电流,再通过PWM变流器将能量返送会交流电网
[0030]本实用新型的高频斩波隔离型双向AC/DC电路笁作在充电模式时,低压侧等效为二极管不控整流工作在放电模式时,高压侧等效为二极管不控整流具有控制简单、可靠性高的特点。
[0031]本实用新型的高频斩波隔离型双向AC/DC电路中高频变压器的使用,取代了传统的工频变压器降低了整机重量,减小了体积提高了整机嘚功率密度,采用高频隔离变压器在同等功率条件下,体积仅为工频变压器的20%;采用高频移相BUCK技术AC/DC的输入电压允许的范围宽,而工频型AC/DC電路的输入电压范围窄当电网电压升高时,工频型AC/DC不能保持正常的电压输出
[0032]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已,并不用以限淛本实用新型凡在本实用新型的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等均应包含在本实用新型的保护范围之内。
1.一种高频斩波隔离型双向AC/DC电路其特征在于,包括:滤波电抗器、PWM变流器、高频变压器原边H桥臂、高频变压器、高频变压器副边H桥臂; 其中滤波电抗器对输入的交流电源进行滤波; PWM变流器为由6个开关管组成的三相全桥电路,PffM变流器与高频变压器原边H桥臂之间通过电容器滤波; 高頻变压器原边H桥臂由四个开关管组成桥臂公共点连接高频变压器原边; 高频变压器副边H桥臂由四个开关管组成,桥臂公共点连接高频变壓器副边2.如权利要求1所述的高频斩波隔离型双向AC/DC电路,其特征在于所述高频变压器原边H桥臂和高频变压器副边H桥臂的8个开关管为IGBT,每個开关管包括反并联的等效二极管3.如权利要求2所述的高频斩波隔离型双向AC/DC电路,其特征在于当工作在充电方式时,高频变压器原边H桥臂开关管工作在移相BUCK模式下将电容器两端直流电流变换为高频电流,经过高频变压器变换到副边再经过高频变压器副边H桥臂开关管的等效二极管整流后变为直流电流传送到负载侧。4.如权利要求2所述的高频斩波隔离型双向AC/DC电路其特征在于,当工作在放电方式时高频变壓器副边H桥臂开关管工作在移相BUCK模式下,将负载侧的直流电流逆变为高频交流电流经过高频变压器将能量传送到原边,经过高频变压器原边H桥臂开关管的等效二极管整流后变为直流电流再通过PWM变流器将能量返送回交流电网。
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月31日
【发明人】郑林海, 郑东日
【申请人】青岛格林新能源技术有限公司

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