[发明专利]一种带耦合电感的Buck-Boost型大功率双向DC/DC变换器

说明书

技术领域

本发明涉及电动汽车、超级电容和电池储能等领域，尤其涉及一种带耦合电感的Buck-Boost型双向DC/DC变换器。

背景技术

在能源枯竭与环境污染日益严重的今天，越来越多的纯电动汽车和混合动力式汽车进入市场。但是由于动力电池技术的发展瓶颈，使得汽车用动力电池的端电压通常被设计在180V~720V之间，而逆变器最佳直流母线电压通常在600V左右，为了匹配动力电池电压和直流母线电压，减少动力电池的纹波电流，改善整个电驱动系统的运行性能，现如今的纯电动和混合动力式汽车均在直流母线和动力电池之间加一级双向DC/DC变换器。

动力电池电压等级与直流母线电压等级相当（电压比不超过3.5）且无需电气隔离时，通常选用单相非隔离双向DC/DC变换器来完成动力电池电压和直流母线电压的匹配和两者之间能量的相互传递，实现电池的充放电功能，以提高系统的整体效率。现如今主流的电动和混合动力汽车大部分采用Boost型双向DC/DC变换器或者Buck－Boost型DC/DC变换器来匹配电压等级。

现有技术一

单相非隔离Boost型变换器，如图1所示。通常将超级电容或者化学电池接到DC1侧，DC2侧接电动汽车逆变器的直流侧或者充电整流后的直流侧，或者双源无轨汽车的直流输入侧，如果DC2侧的电压低于DC1侧，则无法完成DC2侧对DC1侧充电功能，并且此时DC1侧对DC2侧的放电不可控。

现有技术二

单相非隔离Buck－Boost型DC/DC变换器，其结构图如图2所示。由于该结构两边对称，DC1侧既可接超级电容，也可接电动汽车逆变器的直流侧。该结构虽然可以解决Boost型的上述问题，但该变换器只能在中小功率场合应用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种带耦合电感的多路并联Buck-Boost型大功率双向DC/DC变换器，采用交错并联及电压双向可升可降的技术，使该变换器应用场合广泛。

本发明具体采用如下技术方案：

一种带耦合电感的Buck-Boost型双向DC/DC变换器，其特征在于由N路双向Buck-Boost电路并联组成，N≥2，且N为自然数，各双向Buck-Boost电路的电感采用磁耦合电感。

优选地，变换器两直流侧电路结构对称。

另一优选地，所述磁耦合电感采用正向耦合方式。

另一优选地，各双向Buck-Boost电路相位角互相错开运行，每相位错开时间为周期的N分之一。

本发明的多相可升可降的Buck－Boost型DC/DC变换器，主要用在超级电容或者化学电池的充放电等储能及电动汽车领域，如果超级电容或者化学电池的电压超过逆变器的直流电压，则采用降压电路（即反向升压电路）实现超级电容的充放电功能；如果超级电容或者化学电池的电压低于逆变器的直流电压，则采用升压电路（即反向降压电路）实现超级电容的充放电功能。如果此DC/DC电路所需功率较大时，需要采用多路（相）DC/DC单元并联来提高容量。现有的DC/DC单元内往往采用独立的电抗器进行滤波，这样造成整个DC/DC体积大，电抗器噪声大，即使各DC/DC单元之间采用交错并联控制，也不能使各电抗器的噪声降低，如果提高各DC/DC单元的开关频率来降低噪声，则损耗变大，效率降低。而本发明采用耦合电感，该电感在相同并联共模电感的条件下，具有差模均流电感大、均流效果好，装置体积小、噪声小及效率高等诸多优点，可提高等效开关频率，降低工作噪声和电感体积，提高转换效率。

本发明采用Buck-Boost两级调整电路，使得该变换器可以在很宽的输入电压和输出电压范围内工作，还可根据负载所需功率，来调整并联工作的模块数量，以提高系统的整体效率。

本发明采用多相交错并联技术提高DC/DC的容量，同时可以减小输入输出纹波，从而减小输入输出滤波器的尺寸，降低功率器件的电流应力，可以通过多种算法的引入来优化设计，以提高变换器效率。

本发明DC/DC变换器在单一方向上即可升压也可降压，故应用范围很广泛。

附图说明

图1是单相Boost型双向DC/DC变换器。

图2是单相Buck-Boost型双向DC/DC变换器。

图3是本发明Buck-Boost型双向DC/DC变换器。

图4是三相交错Buck-Boost型双向DC/DC变换器。

图5是三相耦合电感结构示意图。

图6是多相耦合电感结构示意图。