[发明专利]双向直流变换器及系统

说明书

本发明提出一种双向直流变换器及系统，涉及电源变换领域，在典型的单向直流变换器的第一开关管的两端并联开关电阻串联支路，开关电阻串联支路包括第二开关管和第一电阻，实现直流电的双向变换，也即在现有单向直流变换器的基础上实现双向的功能，大大减少人力成本，且变换器体积小，替代成本低，且开关器件损耗小，在不损失正向效率的情况下，实现双向直流变换的功能。

技术领域

本发明涉及电源变换领域，尤其涉及一种双向直流变换器及系统。

背景技术

直流-直流变换器为电源变换领域的常用拓扑，以实现直流电到直流电的变换。其中双向直流变换器可实现直流电的双向变换，在业界亦得到广泛应用，如车载充电机。

目前车载充电机中的双向直流变换器在变压器的一次侧及二次侧均包括全桥桥式开关单元，全桥桥式开关单元与变压器之间包括电感单元，也即变压器的原边与副边对称，以实现直流电的双向变换，具体，可参阅图1所示的现有技术的全桥隔离双向直流变换器。如图1所示的全桥隔离双向直流变换器需要的开关管数量较大，电感体积大，与电源变换器的小型化趋势相悖。且如图1所示的全桥隔离双向直流变换器在实现能量双向流动的过程中，一次侧和二次侧的全桥桥式开关单元内均需要两个开关管同时处于高频开关状态，而造成开关损耗大，整个变换器的效率较低。

业界也可以采用两个变换器实现直流电的双向变换，然其体积更大，控制复杂，效率较低。

发明内容

本发明提供一种双向直流变换系统，包括：双向直流变换器，包括：桥式开关单元，包括至少一开关管，并包括第一端、第二端、第三端和第四端，所述桥式开关单元的第一端和第二端分别连接母线电容的第一端和第二端，并分别连接第一电压的正端和负端；变压器单元，包括一次侧绕组和二次侧绕组，所述一次侧绕组的第一端和第二端分别连接所述桥式开关单元的第三端和第四端；整流单元，包括至少一开关管和一电感，并包括第一端、第二端、第三端和第四端，所述整流单元的第一端和第二端分别连接所述二次侧绕组的第一端和第二端，所述整流单元的第三端和第四端分别连接第二电容的第一端和第二端，并且所述整流单元的第三端和第四端中的至少一者通过第一开关管连接第二电压的正端和负端中的其中一者，所述整流单元的第三端和第四端中的另一者连接所述第二电压的正端和负端中的另一者，其中第一开关管的两端并联一开关电阻串联支路，所述开关电阻串联支路包括第二开关管和第一电阻，所述第二开关管和所述第一电阻串联连接；控制器，被配置为输出开关控制信号至所述桥式开关单元和所述整流单元内的开关管的控制端，以及所述第一开关管和所述第二开关管的控制端，而控制使得所述双向直流变换器工作在将所述第一电压变换为所述第二电压的正向直流变换模式，或，将所述第二电压变换为所述第一电压的反向直流变换模式。

更进一步的，所述正向直流变换模式为：所述控制器控制使得所述第一开关管导通，所述第二开关管关断，所述桥式开关单元和所述整流单元内的开关管工作以将所述第一电压变换为所述第二电压。

更进一步的，所述反向直流变换模式包括：第一工作模式，所述控制器控制使得所述第二开关管导通，所述第一开关管关断，所述整流单元和所述桥式开关单元内的开关管工作以对所述第二电压进行变换而为所述母线电容充电；和第二工作模式，所述控制器控制使得所述第一开关管导通，所述第二开关管关断，所述整流单元和所述桥式开关单元内的开关管工作以将所述第二电压变换为所述第一电压。

更进一步的，所述变压器单元的一次侧绕组与二次侧绕组的变比为Np：Ns，在处于所述第一工作模式的过程中，当所述母线电容上的电压被充电至大于等于n倍的Np：Ns与所述第二电压的积时，所述反向直流变换模式由所述第一工作模式切换为所述第二工作模式，其中n为正整数。