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一種新型的零電壓開關(guān)雙向DC-DC變換電源

作者: 時間:2009-03-20 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

引言

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/181440.htm

在許多場合下,需要有能將直流進行的裝置,以燃料電池為能源的電動車驅(qū)動系統(tǒng),就是一例。在該系統(tǒng)中,同時具有普通酸鉛蓄電池和燃料電池,普通酸鉛蓄電池作為車輛冷起動動力,提供12~24V的低。起動后,用燃料電池提供150~300V的車輛驅(qū)動。因此,在電動車起動時,要求能將普通蓄電池輸出的12~24V直流提升到150~300V,以起動系統(tǒng)開始工作。當系統(tǒng)進入正常工作后,用燃料電池的電能,對酸鉛蓄電池進行充電,以恢復電池的能量消耗。也可用于供電系統(tǒng)的直流操作電源中,供電系統(tǒng)的直流操作電源,通常用蓄電池作為后備電源,當使用直流電源后,可有效地減少后備電池的數(shù)量。對雙向直流電源通常要求其具有高效、隔離、低輻射等特點,同時也要求電路結(jié)構(gòu)簡單,易于控制。

圖1 雙向電路結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理

雙向直流變換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示,高頻變壓器T兩側(cè)的電源電壓不同,電源能量能進行雙向傳送。從電路結(jié)構(gòu)看系統(tǒng)具有以下特點。

電路的特點

用變壓器作為隔離高、低壓側(cè)分別有既可整流又可逆變的變流裝置。用IGBT或MOSEFT管作為器件構(gòu)成橋式或半橋式整流逆變電路。若在圖1的整流逆變或逆變整流框中,用全橋電路代換之,則得到雙向變換器主電路,如圖2所示。為充分發(fā)揮電路的功能,在高頻變壓器的右側(cè)接入一個電感Lk,用作電壓提升??紤]到在保持功率平衡的條件下,需低壓側(cè)提供較大的電流,低壓側(cè)的電壓波動對高壓側(cè)電壓的穩(wěn)定影響較大,因此在高壓側(cè)接入儲能電感,這樣控制輸出電壓的效果更好。正常情況下的能量流向是,從高壓側(cè)向低壓側(cè)方向,低壓側(cè)的蓄電池處于充電狀態(tài),另外低壓側(cè)負載需要消耗一定的能量。當能量從低壓側(cè)向高壓側(cè)流動時,具有短時和大電流的特點,通常只在系統(tǒng)起動或故障狀態(tài)下出現(xiàn)。

圖2 DC-DC雙向變換主電路原理圖

電路的工作原理

由于在MOSEFT管的d,s端或IGBT管的c,e端反并聯(lián)了二極管,因此2個橋式電路均具有整流功能,逆變時需要對MOSEFT或IGBT管加觸發(fā)脈沖。

低壓向高壓傳送能量的過程

當能量從低壓向高壓方向傳送時,要求M1~M4處于逆變狀態(tài),S1~S4處于提升狀態(tài)。設(shè):gMi為器件Mi的門極控制電平。gSi為器件Si的門極控制電平,

對gMi,gSi施加圖3所示的控制脈沖,M1,M4導通構(gòu)成變壓器T左側(cè)的正向電流;M2,M3導通構(gòu)成變壓器左側(cè)的反向電流。為實現(xiàn)器件的零電壓開關(guān)在M1,M4和M2,M3換流過程中加入死區(qū)。對S1,S2不加觸發(fā)脈沖,對S3,S4加圖3所示的觸發(fā)脈沖起電壓提升作用。

圖3 能量從低壓向高壓流動時的門極控制脈沖


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