[发明专利]一种车载电源双向DC-DC变换器及其控制方法

摘要

本发明提出一种车载电源双向DC‑DC变换器及其控制方法，本发明属于电力电子功率变换器领域，包括：直流接触网电压输入、滤波保护电路、双半桥串联逆变器及整流电路、高频变压器、全桥逆变器及二极管整流电路、滤波电路、低压储能装置、高压侧电压恒值检测电路、低压侧电压恒值检测电路、低压侧电流尖峰检测电路、控制模块、驱动模块、PWM发生器、辅助电源；采用本发明电路拓扑结构，降低了高压侧IGBT管的耐压值，降低了成本，缩小了车载电源体积，增强了车载电源稳定性，同时因为采用双向DC‑DC变换器，实现了能量的双向流动，提高了能量的使用效率。

主权项

1.一种车载电源双向DC‑DC变换器，其特征在于，包括：直流接触网电压输入、滤波保护电路、双半桥串联逆变器及整流电路、高频变压器、全桥逆变器及二极管整流电路、滤波电路、低压储能装置、高压侧电压恒值检测电路、低压侧电压恒值检测电路、低压侧电流尖峰检测电路、控制模块、驱动模块、PWM发生器、辅助电源；直流接触网电压输入与滤波保护电路相连接，滤波保护电路与双半桥串联逆变器及整流电路相连接，双半桥串联逆变器及整流电路分别与PWM发生器和高频变压器相连接，高频变压器与全桥逆变器及二极管整流电路相连接，全桥逆变器及二极管整流电路与滤波电路相连接，滤波电路与低压储能装置相连接，低压储能装置分别与低压侧电压恒值检测电路和低压侧电流尖峰检测电路相连接，PWM发生器与驱动模块相连接，驱动模块与控制模块相连接，控制模块分别与低压侧电压恒值检测电路、高压侧电压恒值检测电路与低压侧电流尖峰检测电路相连接；辅助电源与控制模块相连接；直流接触网电压输入提供高压直流电压输入；滤波保护电路包括滤波电路与阻容保护电路，滤波电路采用直流电抗器L1，用来吸收输入电源纹波电流；阻容保护电路，包括C1、C2、C3、C4与R1、R2、R3、R4；阻容保护电路保证了电容的分压均匀，C1、C2、C3、C4是四个型号相同的直流母线电解电容，R1、R2、R3、R4是并联在这四个电容两端的均压电阻，保证了电容的分压均匀，当系统停机时，该电阻还可起到让滤波电容上的电能完全释放的作用；双半桥串联逆变器及整流电路，采用双半桥串联型结构逆变及续流二极管整流，将高压直流电逆变为高频交流电；桥臂电容Ca、Cb，谐振电感Le，谐振电容Ce，变压器原边绕组N1，开关管Q1、Q2及VT1、VT2构成了上半桥电路；其中Q1、VT1组成一个IGBT单元，Q2、VT2组成另一个IGBT单元，这两个单元封装在一起组成了一个两单元的IGBT模块，同样的，下半桥电路有着相同的结构：桥臂电容Cc、Cd，谐振电感Lf，谐振电容Cf，变压器原边绕组N2，开关管Q3、Q4及VT3、VT4构成了下半桥电路；其中Q3、VT3组成一个IGBT单元，Q4、VT4组成另一个IGBT单元，这两个单元封装在一起组成了一个两单元的IGBT模块；谐振电容Ce与谐振电感Le相连接，谐振电感Le与变压器原边绕组N1相连接；高频变压器，当车载电源双向DC‑DC变换器处于降压逆变过程时，高频变压器将高压交流电变为低压交流电；当车载电源双向DC‑DC变换器处于升压逆变过程时，高频变压器将低压交流电变为高压交流电；全桥逆变器及二极管整流电路，采用全桥结构逆变及续流二极管整流，将低压直流电逆变为高频交流电，包括Q5、Q6、VT5、VT6、Q7、Q8、VT7、VT8、Lg，Cg；谐振电感Lg与谐振电容Cg相连接，谐振电容Cg与变压器原边绕组N3相连接，开关管Q5、Q6及VT5、VT6构成了一个桥臂；开关管Q7、VT7及Q8、VT8组成另一个桥臂；滤波电路，采用C5稳压滤波电容，吸收纹波电流，使车载电源双向DC‑DC变换器输出平直无脉动的直流低电压；高压侧电压恒值检测电路，检测车载电源双向DC‑DC变换器高压侧电压值，并将检测到的高压电压值反馈给控制模块；低压侧电压恒值检测电路，检测车载电源双向DC‑DC变换器低压侧电压值，并将检测到的低压电压值反馈给控制模块；低压侧电流尖峰检测电路，检测车载电源双向DC‑DC变换器低压侧电流尖峰值，并将检测到的低压电流尖峰值反馈给控制模块；控制模块，采用单片机作为中央处理器，是用来分析电压电流采集参数，控制PWM发生器，调节IGBT的导通时间，进而调节输出电压精度；驱动模块，为IGBT提供驱动；PWM发生器，由控制模块控制，调节IGBT的导通时间；辅助电源，为控制模块、驱动模块、高压侧电压恒值检测电路、低压侧电压恒值检测电路和低压侧电流尖峰检测电路供电，低压储能装置，为车载电源双向DC‑DC变换器提供恒定低压源，并在直流输入接触电网不能工作时，为电力机车正常工作供电。