[发明专利]双向DCDC变换电路和变换装置

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子领域，尤其涉及一种双向DCDC变换电路和变换装置。

背景技术

双向直流到直流变换（bi-directional DCDC converter，双向DCDC变换）模块（或电路），是将一种直流电能转换成另一种形式直流电能的技术，主要对电压、电流实现变换。它在可再生能源、电力系统、交通、航天航空、计算机和通讯、家用电器、国防军工、工业控制等领域得到广泛的应用。

例如，双向DCDC变换（bi-directional DCDC converter）模块可用于图1所示的自消耗系统。自消耗系统指自己建造发电装置，其产生的电能为电器设备供电，为家庭服务，即自发自用，是分布式发电系统的发展方向，其包括：光伏组件11、功率转换（包括：直流到直流功率变换模块121、直流到交流功率变换模块122、双向直流到直流功率变换模块123）、储能系统13（电池）、配电14（Switch）、负载15（家用电器）、公共电网16，工作原理为：白天，光伏组件11工作，太阳能给负载15供电，并将能量存储到储能系统13内，若储能系统13已经充满，多余电能可以输送到公共电网16；晚上，公共电网16断开下，储能系统13放电以给负载15供电。其中，直流到直流功率变换模块121将光伏组件11搜集到的太阳能直流低压经过升压转换后升高为直流高压，以使降压型直流到交流功率变换模块122能够正常工作；直流到交流功率变换模块122即逆变变换模块，将直流电转换为交流电而给交流负载供电；双向直流到直流功率变换模块123，完成电池的充电控制和放电控制功能。

双向DCDC变换模块可在同一线路上实现电池充电和放电的两个功能，如图2所示，为一种现有双向DCDC变换模块：开关管S₁和S₃组成的半桥拓扑与母线电容C并联，半桥拓扑的半桥中点通过电感L1连接于直流源(即电池)。双向DCDC变换模块的工作原理如下：电池充电时，半桥拓扑和电感以降压拓扑即Buck变换工作，电池放电时，半桥拓扑和电感以升压拓扑即Boost变换工作，半桥拓扑中的两个开关管为高频开关，这两个开关管交替工作。此外，双向DCDC变换模块还包括：开关管S₂和S₄组成另一半桥拓扑，与开关管S₁和S₃组成的半桥拓扑并联，目的在于提高双向DCDC变换模块的变换功率。

发明人发现现有双向DCDC变换模块至少存在如下问题：电路拓扑的占空比小，峰值电流大，导致电感、开关管损耗大，整个双向DCDC变换模块的转换效率低，例如，若采用48V电池，400～600V的电压母线时，占空比仅有0.1左右；而且，占空比过小，还会导致变换模块动态特性差。

发明内容

本发明提供一种双向DCDC变换电路和变换装置，动态特性好，同时还可减少开关管的功率损耗，提升变换效率。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明的实施例提供一种双向DCDC变换电路，设置在第一直流源和第二直流源之间，双向地向第一直流源或第二直流源供给直流功率，所述双向DCDC变换电路，包括：第一电容和第二电容串联组成的母线电容，第一开关管和第二开关管串联组成的第一半桥拓扑，第三开关管和第四开关管串联组成的第二半桥拓扑，以及第一电感和第二电感，

所述母线电容的两端分别连接在所述第一直流源的正、负两端；

所述第一半桥拓扑的一端连接至所述第一直流源的正端，另一端与所述第一电容和所述第二电容之间的中间节点相连，与所述中间节点相连的另一端还与所述第二直流源的负端相连，所述第一半桥拓扑的半桥中点通过所述第一电感连接到所述第二直流源的正端；

所述第二半桥拓扑的一端连接至所述第一直流源的负端，另一端连接至所述第二直流源的正端，所述第二半桥拓扑的半桥中点通过所述第二电感连接到所述第二直流源的负端。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述第一、第二、第三和第四开关管中的任一开关管的两端并联有二极管或者二极管串联组，所述二极管串联组由多个二极管相互串联形成。

结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中所述二极管为以下中的任一项：

肖特基二极管，快恢复二极管，硅管二极管，碳化硅二极管。

结合第一方面或第一方面的第一种或第二种可能的实现方式,在第三种可能的实现方式中，所述第一、第二、第三和第四开关管中的任一开关管为以下中的任一项：