一種寬增益同步整流H橋雙向直流變換器制造技術

本發明專利技術公開了一種高效寬增益同步整流H橋雙向直流變換器，所述H橋升降壓雙向直流變換器包括：第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管、和第四晶體管自身均帶有反并聯二極管；且構成H橋電路；第一晶體管接第一電容的正極性端，第二晶體管接第一電容的負極性端；第一晶體管和第二晶體管之間連接電感的一端，電感的另一端連接第二電容的正極性端，第二電容的負極性端連接第四晶體管。本發明專利技術滿足低壓超級電容與電動汽車電力驅動系統的高壓直流母線間升、降壓的應用要求，并通過同步整流方案提升了變換器的能量轉換效率，提高了功率開關器件的利用率，非常適合復合能量源電動汽車的升、降壓應用場合對高效、大比例升降壓雙向直流變換器的需求。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及復合能量源電動汽車雙向直流變換器領域，尤其涉及一種高效寬增益 同步整流Η橋雙向直流變換器，屬于電力電子功率變換

技術介紹
隨著全球能源危機的加劇和環境污染的惡化，傳統的燃油汽車因消耗能源、污染 環境等問題，已不再滿足未來社會的需求發展。新能源汽車以可再生能源為動力源，實現清 潔無（少）污染排放運行，是有效緩解能源危機和環境污染的新型交通運輸方式，已成為各 國政府的科技政策制定導向。電動汽車作為新能源汽車的重要組成部分，正改變著交通運 輸對不可再生能源的依賴關系和對環境污染的影響程度，通過蓄電池為電動汽車電力驅動 系統的逆變器直流母線側提供電能，進而驅動車輛行進。作為動力源的高比能量蓄電池因 其輸出特性軟、輸出電流動態響應慢等缺陷，其必須與高比功率的鋰電池或超級電容混合 使用，以解決電動汽車在加速時對瞬時功率的需求和減速制動時能量的快速回饋存儲以延 長續航里程問題。故電動汽車中采用高比能量與高比功率的復合能量源，共同為電驅動系 統的逆變器高壓直流母線提供滿足要求的能量和功率。然而，高比功率的能量源具有輸出 電壓低、電流大的特性，并且在其快速充放電過程中，其端電壓變化范圍較大，難以直接與 高壓直流母線匹配并聯。因此，必須通過大比例升降壓雙向直流變換器接口低壓超級電容 與高壓直流母線。 而對于大比例升降壓雙向直流變換器，一般通過高頻變壓器、耦合電感或開關電 容來實現。但是，變壓器與耦合電感存在的漏感易導致功率器件過高的電壓應力，且漏感影 響變壓器的參數確定、耦合電感需采用非標準磁性元件。另外，過多地依賴磁性元件和電容 器，使得變換器功率密度降低且不易封裝。這些都制約該類雙向直流變換器在電動汽車上 的應用。 因此，在低壓超級電容與電動汽車電力驅動系統的高壓直流母線之間，急需高效、 易于集成的大比例升降壓雙向直流變換器。
技術實現思路
本專利技術提供了一種高效寬增益同步整流Η橋雙向直流變換器，本專利技術針對復合能 量源電動汽車中低壓超級電容、與電力驅動系統的高壓直流母線間雙向直流變換器難以集 成、不易封裝等問題，通過易于集成的可控功率開關構成Η橋結構的大比例升降壓雙向直 流變換器，并進一步通過同步整流提升雙向變換器的能量轉換效率、提高功率開關的利用 率，使其適用于復合能量源電動汽車升降壓應用場合，詳見下文描述： -種高效寬增益同步整流Η橋雙向直流變換器，所述Η橋升降壓雙向直流變換器 包括：第一晶體管qd1、第二晶體管qD2、第三晶體管qD3、和第四晶體管q D4， 第一晶體管QD1、第二晶體管QD2、第三晶體管Q D3、和第四晶體管QD4自身均帶有反并 聯二極管； 第一晶體管QD1、第二晶體管QD2、第三晶體管Q D3、和第四晶體管QD4構成Η橋電路； 第一晶體管QD1接第一電容Ch的正極性端，第二晶體管Q D2接第一電容Ch的負極 性端；第一晶體管QD1和第二晶體管Q D2之間連接電感L的一端，電感L的另一端連接第二 電容C1的正極性端，第二電容C1的負極性端連接第四晶體管QD4。 其中，當所述Η橋雙向直流變換器工作在升壓狀態時，所述Η橋雙向直流變換器用 于滿足大比例升壓的需求； 升壓比 MBcmst為： 其中，mc、md均為調制度。 其中，當所述Η橋雙向直流變換器工作在降壓狀態時，所述Η橋雙向直流變換器用 于滿足大比例降壓的需求； 降壓比MBudi為： 其中，ma、mb均為調制度。 當所述Η橋雙向直流變換器工作在降壓狀態時， SiS2= 11時，U hii過電感L向負載一偵U傳遞能量，電感L儲存能量； SiSf 10或01時，電感L通過釋放能量對負載供能； 其中，％為Η橋雙向直流變換器高壓側端口的輸入電壓；S品為驅動信號，1代表 高電平，〇代表低電平。 當所述Η橋雙向直流變換器工作在升壓狀態時， S2S3= 10或01時，Ui對電感L充電，電感L儲存能量； S2S3= 00時，電感L與電源U !共同為對負載供能，電感L釋放能量； 其中，1^為Η橋雙向直流變換器低壓側端口的輸入電壓；S2S3為驅動信號，1代表 高電平，〇代表低電平。 本專利技術提供的技術方案的有益效果是：本專利技術中的Η橋升降壓雙向直流變換器利 用各準Η半橋輸出電壓Uan、Ubn之差U 行升降壓，在實現大比例的升降壓的同時功率開 關均可運行在靠近〇. 5的非極端占空比，避免了因增大增益而造成功率開關極端占空比運 行的問題。此外，進一步提出了同步整流Η橋大比例升降壓雙向直流變換器，提高雙向變換 器的能量轉換效率和功率開關的利用率，非常適合作為復合能量源電動汽車中低壓超級電 容與驅動系統的高壓直流母線間的直流變換器。【附圖說明】 圖1同步整流Η橋升降壓雙向直流變換器的電路示意圖； 圖2經典Buck直流變換器的電路示意圖； 圖3準Η橋Buck直流變換器的電路示意圖； 圖4準Η橋Buck直流變換器的合成的電路示意圖； 圖5準Η橋Buck直流變換器運行原理圖； 圖6經典Boost直流變換器的電路示意圖； 圖7準Η橋Boost直流變換器的電路示意圖； 圖8準Η橋Boost直流變換器的合成的電路示意圖； 圖9準Η橋Boost直流變換器運行原理圖； 圖10同步整流降壓（Buck)運行驅動信號與死區的示意圖； 圖11同步整流降壓（Buck)運行電流走向的示意圖； 圖12同步整流升壓（Boost)運行驅動信號與死區的示意圖； 圖13同步整流升壓G3oost)運行電流走向的示意圖。 上述附圖中主要符號名稱：UhSH橋升降壓雙向直流變換器高壓側端口電壓 (Buck模式時的輸入電壓、Boost模式時的輸出電壓）辦為!!橋升降壓雙向直流變換器低壓 側端口電壓（Buck模式時的輸出電壓、Boost模式時的輸入電壓）；L為儲能、濾波電感；Dp D2、D3、04分別為續流二極管；C h (第一電容）、Q (第二電容）分別為濾波電容；Qp Q2、Q3、Q4和Qd1、QD2、QD3、QD4分別為變換器的功率開關（晶體管）為調制度；T為載波周期；d p d2、 d3、山分別為功率開關Q p Q2、Q3、Q4的占空比；S p S2、S3、S4為功率開關Q p Q2、Q3、〇4和Q D1、 QD2、QD3、QD4的開關狀態；1為功率開管導通時間；為功率開管關斷時間；t d為死區時間； it為電感電流。【具體實施方式】 為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚，下面對本專利技術實施方式作進一步 地詳細描述。 為了解決
技術介紹
中存在的上述問題，本專利技術實施例基于經典的Buck、Boost直 流變換器，提出了無需采用變壓器、耦合電感和開關電容，通過易于集成的功率器件構成Η 橋結構的大比例升降壓雙向直流變換器；此外，為了提高雙向變換器的能量轉換效率和功 率開關的利用率，本專利技術實施例進一步提出了同步整流Η橋大比例升降壓雙向直流變換 器，使其適用于復合能量源電動汽車升、降壓應用場合。 實施例1 一、拓撲結構 本專利技術實施例提出如圖1所示的Η橋升降壓雙向直流變換器，通過電感L交替儲 存能量、釋放能量，實現升壓（Buck)、降壓（Boost)。 該Η橋升降壓雙向直流變換器包括：第一晶體管QD1、第二晶體管QD2、第三晶體管 QD3、和第四晶體管QD4，第一晶體管QD1、第本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高效寬增益同步整流H橋雙向直流變換器，所述H橋升降壓雙向直流變換器包括：第一晶體管(QD1)、第二晶體管(QD2)、第三晶體管(QD3)、和第四晶體管(QD4)，其特征在于，第一晶體管(QD1)、第二晶體管(QD2)、第三晶體管(QD3)、和第四晶體管(QD4)自身均帶有反并聯二極管；第一晶體管(QD1)、第二晶體管(QD2)、第三晶體管(QD3)、和第四晶體管(QD4)構成H橋電路；第一晶體管(QD1)接第一電容(Ch)的正極性端，第二晶體管(QD2)接第一電容(Ch)的負極性端；第一晶體管(QD1)和第二晶體管(QD2)之間連接電感(L)的一端，電感(L)的另一端連接第二電容(C1)的正極性端，第二電容(C1)的負極性端連接第四晶體管(QD4)。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張云，高永平，石記龍，
申請(專利權)人：天津大學，
類型：發明
國別省市：天津;12