CN102223063B - 蓄电池储能系统用双向dc/dc变换器软换流主电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓄电池储能系统用双向DC/DC变换器软换流主电路，其特征在于所述主电路由升压电路和降压电路组成，所述升压电路包括开关管S₁、电容C₁-C₃、电感L₁-L₃和二极管D₁-D₃；所述降压电路包括开关管S₂、所述电容C₁和C₃、电容C₄、所述电感L₁、电感L₄-L₅和二极管D₄-D₆；所述主电路不仅解决了开关管S₁、S₂、主功率二极管D₁、D₆上很大的电流尖峰和di/dt、du/dt，克服了常规Boost/Buck双向DC/DC变换器主电路中开关管、主功率二极管寿命短、可靠性差等缺点，还减小了系统的电磁干扰，提高了电路工作的安全性和可靠性。

Description

蓄电池储能系统用双向DC/DC变换器软换流主电路

技术领域

本发明涉及一种双向DC/DC变换器主电路，尤其是一种蓄电池储能系统用双向DC/DC变换器软换流主电路。

背景技术

实现双向DC/DC变换器主电路的形式有多种，根据蓄电池储能系统中的配置要求，其中Boost/Buck变换器以其变换效率高的特点，是首选的双向DC/DC变换主电路之一。

在蓄电池储能系统中，一般采用如图2所示的一种Boost/Buck双向DC/DC变换器主电路，由于双向DC/DC变换器变换传递的功率大（100kW以上），输出电压达400－500V，流过开关管的电流达几百安培。在这种工作条件下，开关管S₁、S₂、主功率二极管D₁、D₂是交替导通的，在所述开关管S₁、S₂、主功率二极管D₁、D₂换流过程中，将在开关管S₁、S₂、主功率二极管D₁、D₂上产生很大的di/dt、du/dt，特别是当开关管S₁、S₂由截止转为导通，主功率二极管D₁、D₂由导通转为截止的过程中，由于二极管反向导通恢复时间的原因，主功率二极管D₁、D₂相当于短路状态，此时，由开关管S₁（S₂）、主功率二极管D₂（D₁）、电容C₂（C₁）构成回路，相当于电容C₂（C₁）直接短路，并且由于输出电容上的电压达400－500V，此时将在开关管S₁、S₂、主功率二极管D₁、D₂上产生并流过很大的电流尖峰，产生很大的di/dt，这种很大的di/dt与电流尖峰值不仅造成严重的电磁干扰问题，更严重的是它将造成主功率二极管D₁、D₂的失效损坏，从而造成整个变换电路的故障。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种使用寿命长、可靠性高、电磁干扰小的新型蓄电池储能系统用双向DC/DC变换器主电路。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：所述主电路在主功率二极管D₁和D₆上分别串联饱和电感L₂、L₅，增加了由二极管D₂-D₃、电容C₂、电感L₃组成的升压辅助电路和由二极管D₄-D₅、电容C₄、电感L₄组成的降压辅助电路。

所述主电路由升压电路和降压电路组成，所述升压电路包括开关管S₁、电容C₁-C₃、电感L₁-L₃和二极管D₁-D₃，；所述开关管S₁的漏极一路经电感L₁接所述蓄电池U_BAT的正极，所述开关管S₁的漏极另一路依次经二极管D₁、电感L₂接所述高压端U_H的正极，所述开关管S₁的漏极第三路依次经二极管D₂、D₃、电感L₃接高压端U_H的正极，所述开关管S₁的源极分别与蓄电池U_BAT、高压端U_H的负极连接；所述电容C₂的一端接二极管D₂与D₃的结点，其另一端与开关管S₁的源极连接；所述电容C₁接在蓄电池U_BAT的两端；所述电容C₃接在高压端U_H的两端。

所述降压电路包括开关管S₂、所述电容C₁和C₃、电容C₄、所述电感L₁、电感L₄-L₅和二极管D₄-D₆，所述开关管S₂的漏极接高压端U_H的正极，所述开关管S₂的源极经电感L₁接蓄电池U_BAT的正极，所述开关管S₂的源极依次经二极管D₆、电感L₅接蓄电池U_BAT的负极，所述开关管S₂的漏极依次经电容C₄、二极管D₅、电感L₄接开关管S₂的源极；所述二极管D₄的一端接电容C₄与二极管D₅的结点，其另一端接高压端U_H的负极，蓄电池U_BAT的负极与高压端U_H的负极相连接。

其工作原理如下：

（1）Boost升压状态，开关管S₁工作在开关状态，开关管S₂完全截止，能量从蓄电池U_BAT流向高压端U_H。

当开关管S₁由导通转为截止时，相对于电感L₁、二极管D₁、电感L₂、电容C₃支路，电感L₁、二极管D₂、电容C₂支路的阻抗更小，此时输入电流I₁由开关管S₁换流至二极管D₂并对电容C₂充电，由于电容C₂的存在，可对开关管S₁的漏极、源极两端电压加以适当的抑制，起到保护开关管S₁的作用；随着电容C₂电压逐渐升高，电流I₃将逐渐减小，同时电流I₂从零开始增加。由于电感L₁、二极管D₂、D₃、电感L₃、电容C₃支路的阻抗较大，经过一段时间后，电流I₃将下降至零，所有电流全部从二极管D₁、电感L₂流过，为加快这一过程，还特将电感L₂设为饱和式电感，这样完成开关管S₁与二极管D₁的换流过程，电容C₂上的电量将通过二极管D₃、电感L₃放电到电容C₃，基本维持与电容C₃同样的电压值，为下一次的开关管S₁、二极管D₁换流做好准备。

当开关管S₁由截止转为导通时，尽管二极管D₁存在反向恢复的问题，但由于电感L₂的存在，将使二极管D₁上的di/dt和电流尖峰值被抑制在较小的范围内；而对于辅助电路，此时由于二极管D₂上已几乎无电流流过，所以不存在反向恢复问题，也没有di/dt和电流尖峰问题。

（2）Buck降压状态，开关管S₂工作在开关状态，开关管S₁完全截止，能量从高压端U_H流向蓄电池U_BAT当开关管S₂由导通转为截止时，相对于电容C₁、电感L₁、二极管D₆、电感L₅回路，二极管D₄、电容C₄、电感L₁回路的阻抗更小，此时输入电流I₄由开关管S₂换流至二极管D₄并对电容C₄充电，由于电容C₄的存在，可对开关管S₂的漏极、源极两端电压加以适当的抑制，起到保护开关管S₂的作用；随着电容C₄电压逐渐升高，电流I₆将逐渐减小，同时电流I₅从零开始增加。由于二极管D₄、D₅、电感L₄、L₁、电容C₁回路的阻抗较大，经过一段时间后，电流I₆将下降至零，所有电流全部从电感L₅、二极管D₆流过，为加快这一过程，还特将电感L₅设为饱和式电感，这样完成开关管S₂与二极管D₆的换流过程，电容C₄上的电量将通过二极管D₅、电感L₄放电到电容C₁，基本维持与电容C₁同样的电压值，为下一次的开关管S₂、二极管D₆换流做好准备。

当开关管S₂由截止转为导通时，尽管二极管D₆存在反向恢复的问题，但由于电感L₅的存在，将使二极管D₆上的di/dt和电流尖峰值被抑制在较小的范围内；而对于辅助电路，此时由于二极管D₄上已几乎无电流流过，所以不存在反向恢复问题，也没有di/dt和电流尖峰问题。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：如图1所示，所述主电路在主功率二极管D₁和D₆上分别串联饱和电感L₂、L₅，增加了由二极管D₂-D₃、电容C₂、电感L₃组成的升压辅助电路和由二极管D₄-D₅、电容C₄、电感L₄组成的降压辅助电路，所述主电路不仅解决了主功率器件开关管S₁、S₂、主功率二极管D₁、D₆上很大的电流尖峰和di/dt、du/dt，克服了常规Boost/Buck双向DC/DC变换器主电路中主功率器件寿命短、可靠性差等缺点，还减小了系统的电磁干扰，提高了电路工作的安全性和可靠性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明主电路原理图；

图2是常规双向DC/DC变换器主电路原理图。

具体实施方式

为解决常规双向DC/DC变换器主电路的缺点，本发明提出了如图1所示的一种主电路，同图2相比，所述主电路在主功率二极管D₁和D₆上分别串联饱和电感L₂、L₅，增加了由二极管D₂-D₃、电容C₂、电感L₃组成的升压辅助电路和由二极管D₄-D₅、电容C₄、电感L₄组成的降压辅助电路。

所述主电路由升压电路和降压电路组成，所述升压电路包括开关管S₁、电容C₁-C₃、电感L₁-L₃和二极管D₁-D₃，；所述开关管S₁的漏极一路经电感L₁接所述蓄电池U_BAT的正极，所述开关管S₁的漏极另一路依次经二极管D₁、电感L₂接所述高压端U_H的正极，所述开关管S₁的漏极第三路依次经二极管D₂、D₃、电感L₃接高压端U_H的正极，所述开关管S₁的源极分别与蓄电池U_BAT、高压端U_H的负极连接；所述电容C₂的一端接二极管D₂与D₃的结点，其另一端与开关管S₁的源极连接；所述电容C₁接在蓄电池U_BAT的两端；所述电容C₃接在高压端U_H的两端。

所述降压电路包括开关管S₂、所述电容C₁和C₃、电容C₄、所述电感L₁、电感L₄-L₅和二极管D₄-D₆，所述开关管S₂的漏极接高压端U_H的正极，所述开关管S₂的源极经电感L₁接蓄电池U_BAT的正极，所述开关管S₂的源极依次经二极管D₆、电感L₅接蓄电池U_BAT的负极，所述开关管S₂的漏极依次经电容C₄、二极管D₅、电感L₄接开关管S₂的源极；所述二极管D₄的一端接电容C₄与二极管D₅的结点，其另一端接高压端U_H的负极，蓄电池U_BAT的负极与高压端U_H的负极相连接。

Claims (1)

1.一种蓄电池储能系统用双向DC/DC变换器软换流主电路，其特征在于所述主电路由升压电路和降压电路组成；所述升压电路包括开关管S₁、电容C₁-C₃、电感L₁-L₃和二极管D₁-D₃，所述开关管S₁的漏极一路经电感L₁接蓄电池U_BAT的正极，所述开关管S₁的漏极另一路依次经二极管D₁、电感L₂接高压端U_H的正极，所述开关管S₁的漏极第三路依次经二极管D₂、D₃、电感L₃接高压端U_H的正极，所述开关管S₁的源极分别与蓄电池U_BAT的负极、高压端U_H的负极连接；所述电容C₂的一端接二极管D₂与D₃的结点，其另一端与开关管S₁的源极连接；所述电容C₁接在蓄电池U_BAT的两端；所述电容C₃接在高压端U_H的两端；

所述降压电路包括开关管S₂、所述电容C₁和C₃、电容C₄、所述电感L₁、电感L₄-L₅和二极管D₄-D₆，所述开关管S₂的漏极接高压端U_H的正极，所述开关管S₂的源极经电感L₁接蓄电池U_BAT的正极，所述开关管S₂的源极依次经二极管D₆、电感L₅接蓄电池U_BAT的负极，所述开关管S₂的漏极依次经电容C₄、二极管D₅、电感L₄接开关管S₂的源极；所述二极管D₄的一端接电容C₄与二极管D₅的结点，其另一端接高压端U_H的负极，蓄电池U_BAT的负极与高压端U_H的负极相连接。

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