[发明专利]一种低导通损耗的双向DC/DC变换器

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，涉及一种低导通损耗的双向DC/DC变换器。

背景技术

近年来，电力电子技术发展迅猛，带动了多个产业的发展，尤其是可再生能源发电和新能源汽车。当前，可再生能源发电的发展已经来到了关键的节点，2016年光伏发电设施的建设费用已经低于传统化石能源发电设施。此外，新能源汽车的电机驱动技术也有了巨大进步，特斯拉最新的P100D电动汽车，百公里加速达到了2.5s，可比肩千万元级豪华超跑。

与之相应地，微电网在近些年成为了研究的热门。由于可再生能源的分布式特性，需要一种高效的方式将其整合起来，微电网无疑是最好的选择，尤其是直流微网。多数新能源发电的输出电压类型皆为直流，而且现今直流负载的类型越来越多，直流微网的引入无疑可以减少多余的AC/DC转换单元，提升系统的效率。此外，直流微网还可以整合电动汽车的充电设施，尤其适用于直流快充设备。

DC/DC变换器是直流微电网中的关键接口设备，决定了各种直流设备之间及其与公共直流母线之间能否高效互联。目前DC/DC变换器的技术多样，而任何DC/DC功率变换的基本需求是一个电力电子开关和一个续流二极管，其中电力电子开关通过脉宽调制，按一定的时间占比开通与关断，而续流二极管则承担电力电子开关关断时间的负载电流续流。为实现多模式之间灵活切换，在有的DC/DC功率变换的拓扑结构中，如双向Buck-Boost变换器，虽然实现了能量的双向流动与双向升降压等目的，达到了最大的灵活性，但其拓扑结构也变得复杂，其控制模式中存在电力电子开关和续流二极管以100％时间占比来导通载流，而不需高频率的开通关断，于是就带来了因电力电子器件的较大导通损耗而造成的额外损耗，降低了效率。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种低导通损耗的双向DC/DC变换器，进一步提升变换器的效率。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种低导通损耗的双向DC/DC变换器，包括两个电力电子开关的半桥、一个电感器、两个电容器和两个低阻开关；

其中：

所述两个低阻开关各与所述两个电力电子开关的半桥中的一个上桥臂并联；

所述两个电容器分别连接在两个所述电力电子开关的半桥的直流端；

所述两个电力电子开关的半桥和所述一个电感器组成一个双向Buck-Boost变换器，即所述电感器连接在所述两个电力电子开关的半桥的中点之间。

进一步，所述DC/DC变换器具有两个端口，功率双向流动，从任意一个端口到另一个端口均实现升压和降压的功能。

进一步，所述低阻开关为单刀单掷型，具有闭合和断开两种状态。

进一步，当所述DC/DC变换器工作在降压模式时，输出端与所述电力电子开关的半桥的上桥臂并联的低阻开关闭合，另一个低阻开关断开；输入端所述电力电子开关的半桥的上桥臂的电力电子开关工作在开关状态，下桥臂的二极管工作在续流状态，在上桥臂的电力电子开关断开时，该二极管流过负载电流，输出端所述半桥的上下桥臂电力电子开关均保持断开。

进一步，当所述DC/DC变换器工作在升压模式时，输入端与所述电力电子开关的半桥的上桥臂并联的低阻开关闭合，另一个低阻开关断开；输入端所述电力电子开关的半桥的上下桥臂电力电子开关保持断开，输出端所述电力电子开关的半桥的下桥臂电力电子开关工作在开关状态，上桥臂的二级管工作在续流状态，当下桥臂电力电子开关断开时，该二极管流过负载电流。

进一步，所述低阻开关为机械触点式开关或低导通损耗的开关。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明相比原有的双向Buck-Boost变换器结构，在各种工作模式下都减少了一个电力电子开关或二极管的导通损耗，将变换器的导通损耗减少了约一半，效率大幅提高。

(2)本发明结构简单，易于控制，具有明显的实用价值。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明实施例中DC/DC变换器的拓扑结构图；

图2为本发明实施例中DC/DC变换器工作在正向降压模式时的开关管及继电器状态图；

图3为本发明实施例中DC/DC变换器工作在正向升压模式时的开关管及继电器状态图；

图4为本发明实施例中DC/DC变换器工作在反向降压模式时的开关管及继电器状态图；