一種寬電壓寬負(fù)載范圍的直流變換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種寬電壓寬負(fù)載范圍的直流變換器，屬于電力電子變換器【技術(shù)領(lǐng)域】，包括DSP芯片、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管、第七MOS管、第八MOS管、第一變壓器、第二電壓器、驅(qū)動電路、第一采樣電路、第二采樣電路、第三采樣電路、第一電感、第二電感、第一電容、第二電容、第三電容及第四電容，本直流變換器以全橋拓?fù)錇榛A(chǔ)并增加部分設(shè)計電路和控制電路，克服了以往直流變換器采用全橋拓?fù)鋾r的電壓范圍、負(fù)載范圍窄的缺點，有效的拓寬了電壓范圍和負(fù)載范圍，特別適用于電壓、負(fù)載不斷變化的領(lǐng)域，如新能源發(fā)電領(lǐng)域和電動汽車領(lǐng)域。
【專利說明】一種寬電壓寬負(fù)載范圍的直流變換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力電子變換器【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種寬電壓寬負(fù)載范圍的直流變換器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著非再生資源如煤炭、石油天然氣的不斷消耗，據(jù)估計這些非再生資源將在幾十年后消耗殆盡；同時非再生資源在使用的過程中造成大量的污染，對大氣、土壤等造成嚴(yán)重污染，這些環(huán)境污染對人類的健康構(gòu)成的極大的威脅，特別是今年來頻發(fā)的霧霾天氣對出行、交通、健康造成了重大影響。
[0003]解決這種窘境的根本途徑是減少非再生資源的使用，發(fā)展可再生能源，因此新能源發(fā)電和電動汽車應(yīng)運而生。新能源發(fā)電利用風(fēng)能、太陽能、地?zé)?、潮汐等資源進行發(fā)電，新能源發(fā)電的不足之處在于:由于風(fēng)能、電能等這些資源的非持續(xù)性、變化較大，因此輸出電壓變化較大，從而影響系統(tǒng)的正常工作，同時使系統(tǒng)的效率降低。電動汽車由于使用清潔的能源-電力，大大減少了對燃油的消耗而且環(huán)境造成污染，從而備受青睞，但是對于制動能量的回收還不夠充分，制動時反電動勢的大小不斷變化，致使能量的回收效率偏低，同時電動汽車負(fù)載也是經(jīng)常變化的，也會使變換器的效率降低?，F(xiàn)有直流變換器不能實現(xiàn)能量的雙向流動或者電壓范圍、負(fù)載范圍窄等缺點，都造成了能量的浪費，以及器件的發(fā)熱，危機系統(tǒng)的安全。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供了一種寬電壓寬負(fù)載范圍的直流變換器，該變換器可以有效的拓寬電壓范圍及負(fù)載范圍。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明所述的寬電壓寬負(fù)載范圍的直流變換器包括DSP芯片、第一 MOS管、第二 MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管、第七MOS管、第八MOS管、第一變壓器、第二變壓器、驅(qū)動電路、第一采樣電路、第二采樣電路、第三采樣電路、第一電感、第二電感、第一電容、第二電容、第三電容及第四電容；
[0006]所述第一 MOS管的漏極及第三MOS管的漏極均與低壓側(cè)相連接,第一 MOS管的源極和第二 MOS管的漏極連接，第三MOS管的源極和第四MOS管的漏極連接，第二 MOS管的源極與第四MOS管的源極均接地；
[0007]所述第一變壓器中初級繞組一端通過第一電感與第一 MOS管的源極相連接，第一變壓器中初級繞組的另一端與第二變壓器中初級繞組的一端相連接，第二變壓器中初級繞組的另一端與第四MOS管的漏極相連接，第一變壓器中次級繞組的一端與第六MOS管的漏極相連接，第一變壓器中次級繞組的另一端與第二變壓器中次級繞組的一端、第一電容的一端以及第二電容的一端相連接，第二變壓器中次級繞組的另一端與第八MOS管的漏極相連接，第一電容的另一端與第七MOS管的漏極相連接，第二電容的另一端接地；
[0008]所述第二電感的一端與第五MOS管的漏極及第七MOS管的漏極相連接，第二電感的另一端與高壓側(cè)相連接，第五MOS管的源極與第六MOS管的漏極相連接，第七MOS管的源極與第八MOS管的漏極相連接，第六MOS管的源極和第八MOS管的源極均接地；第三電容的正極與高壓側(cè)，第三電容的負(fù)極接地，第四電容的正極與低壓側(cè)相連接，第四電容的負(fù)極接地；
[0009]所述第一采樣電路的輸入端與低壓側(cè)相連接，第二采樣電路的輸入端與第八MOS管的源極相連接，第三采樣電路的輸入端與高壓側(cè)相連接，第一采樣電路的輸出端、第二采樣電路的輸出端及第三采樣電路的輸出端均與DSP芯片的輸入端相連接，DSP芯片上設(shè)有八個輸出端，DSP芯片上的八個輸出端通過驅(qū)動電路分別與第一 MOS管的柵極、第二 MOS管的柵極、第三MOS管的柵極、第四MOS管的柵極、第五MOS管的柵極、第六MOS管的柵極、第
七MOS管的柵極及第八MOS管的柵極。
[0010]還包括第一二極管、第二二極管、第三二極管、第四二極管、第五電容、第六電容、第七電容及第八電容；
[0011]所述第一 MOS管的漏極與第一二極管的陰極及第五電容的一端相連接，第一 MOS管的源極與第一二極管的陽極及第五電筒的另一端相連接；
[0012]所述第二 MOS管的漏極與第二二極管的陰極及第六電容的一端相連接，第二 MOS管的源極與第二二極管的陽極及第六電容的另一端相連接；
[0013]所述第三MOS管的漏極與第三二極管的陰極及第七電容的一端相連接，第三MOS管的源極與第三二極管的陽極及第七電容的另一端相連接；
[0014]所述第 四MOS管的漏極與第四二極管的陰極及第八電容的一端相連接，第四MOS管的源極與第四二極管的陽極及第八電容的另一端相連接。
[0015]還包括第五二極管、第六二極管、第七二極管、第八二極管，第九電容、第十電容、第H^一電容、第十二電容；
[0016]所述第五MOS管的漏極與第五二極管的陰極及第九電容的一端相連接，第五MOS管的源極與第五二極管的陽極及第九電容的另一端相連接；
[0017]所述第六MOS管的漏極與第六二極管的陰極及第十電容的一端相連接，第六MOS管的源極與第六二極管的陽極及第十電容的另一端相連接；
[0018]所述第七MOS管的漏極與第七二極管的陰極及第十一電容的一端相連接，第七MOS管的源極與第七二極管的陽極及第十一電容的另一端相連接；
[0019]所述第八MOS管的漏極與第八二極管的陰極及第十二電容的一端相連接，第八MOS管的源極與第八二極管的陽極及第十二電容的另一端相連接。
[0020]所述第三電容及第四電容均為電解電容。
[0021]本發(fā)明的一種寬電壓寬負(fù)載范圍的直流變換器，具有以下有益效果:
[0022]本發(fā)明所述的寬電壓負(fù)載范圍的直流變換器在工作過程中，通過第一采樣電路采集低壓側(cè)的電流信息，通過第二采集電路采集第二 MOS管的源極處、第四MOS管的源極處、第六MOS管的源極處及第八MOS管的源極處的電流信息，同時通過第三采樣電路采集高壓偵_電流信息，DSP芯片再根據(jù)采集到的各電流信息通過驅(qū)動電路來控制第一 MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管、第七MOS管及第八MOS管，從實現(xiàn)電壓的調(diào)整，克服了以往直流變換器采用全橋拓?fù)鋾r的電壓范圍、負(fù)載范圍窄的缺點，有效的拓寬了電壓范圍和負(fù)載范圍，特別適用于電壓、負(fù)載不斷變化的領(lǐng)域，同時在升壓及降壓的過程中具有較高的轉(zhuǎn)換效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的電路圖；
[0024]圖2為本發(fā)明在電路工作過程中的波形圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施做詳細(xì)的闡述。
[0026]如圖1所示，本發(fā)明所述的寬電壓寬負(fù)載范圍的直流變換器包括DSP芯片、第一MOS管Q1、第二 MOS管Q2、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4、第五MOS管Q5、第六MOS管Q6、第七MOS管Q7、第八MOS管Q8、第一變壓器Tl、第二變壓器T2、驅(qū)動電路、第一采樣電路、第二采樣電路、第三采樣電路、第一電感Lr、第二電感Lf、第一電容Cl、第二電容C2、第三電容Cf及第四電容Cb ;所述第一 MOS管Ql的漏極及第三MOS管Q3的漏極均與低壓側(cè)Vl相連接，第一 MOS管Ql的源極和第二 MOS管Q2的漏極連接，第三MOS管Q3的源極和第四MOS管Q4的漏極連接，第二 MOS管Q2的源極與第四MOS管Q4的源極均接地；所述第一變壓器Tl中初級繞組的一端通過第一電感Lr與第一 MOS管Ql的源極相連接，第一變壓器Tl中初級繞組的另一端與第二變壓器T2中初級繞組的一端相連接，第二變壓器T2中初級繞組的另一端與第四MOS管Q4的漏極相連接，第一變壓器Tl中次級繞組的一端與第六MOS管Q6的漏極相連接，第一變壓器Tl中次級繞組的另一端與第二變壓器T2中次級繞組的一端、第一電容Cl的一端以及第二電容C2的一端相連接，第二變壓器T2中次級繞組的另一端與第
八MOS管Q8的漏極相連接，第一電容Cl的另一端與第七MOS管Q7的漏極相連接，第二電容C2的另一端接地；所述第二電感Lf的一端與第五MOS管Q5的漏極及第七MOS管Q7的漏極相連接，第二電感Lf的另一端與高壓側(cè)V2相連接，第五MOS管Q5的源極與第六MOS管Q6的漏極相連接，第七MOS管Q7的源極與第八MOS管Q8的漏極相連接，第六MOS管Q6的源極和第八MOS管Q8的源極均接地；第三電容Cf的正極與高壓側(cè)V2，第三電容Cf的負(fù)極接地，第四電容Cb的正極與低壓側(cè)Vl相連接，第四電容Cb的負(fù)極接地；所述第一采樣電路的輸入端與低壓側(cè)Vl相連接，第二采樣電路的輸入端與第八MOS管Q8的源極相連接，第三米樣電路的輸入端與高壓側(cè)V2相連接,第一米樣電路的輸出端、第二米樣電路的輸出端及第三采樣電路的輸出端均與DSP芯片的輸入端相連接，DSP芯片上設(shè)有八個輸出端，DSP芯片上的八個輸出端通過驅(qū)動電路分別與第一 MOS管Ql的柵極、第二 MOS管Q2的柵極、第三MOS管Q3的柵極、第四MOS管Q4的柵極、第五MOS管Q5的柵極、第六MOS管Q6的柵極、第七MOS管Q7的柵極及第八MOS管Q8的柵極。
[0027]另外，本發(fā)明還包括第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4、第五電容C3、第六電容C4、第七電容C5、第八電容C6、第五二極管D5、第六二極管D6、第七二極管D7、第八二極管D8，第九電容C7、第十電容C8、第十一電容C9及第十二電容ClO ；
[0028]所述第一 MOS管Ql的漏極與第一二極管Dl的陰極及第五電容C3的一端相連接，第一 MOS管Ql的源極與第一二極管Dl的陽極及第五電筒C3的另一端相連接；所述第二MOS管Q2的漏極與第二二極管D2的陰極及第六電容C4的一端相連接，第二 MOS管Q2的源極與第二二極管D2的陽極及第六電容C4的另一端相連接；所述第三MOS管Q3的漏極與第三二極管D3的陰極及第七電容C5的一端相連接，第三MOS管Q3的源極與第三二極管D3的陽極及第七電容C5的另一端相連接；所述第四MOS管Q4的漏極與第四二極管D4的陰極及第八電容C6的一端相連接，第四MOS管Q4的源極與第四二極管D4的陽極及第八電容C6的另一端相連接。
[0029]所述第五MOS管Q5的漏極與第五二極管D5的陰極及第九電容C7的一端相連接，第五MOS管Q5的源極與第五二極管D5的陽極及第九電容C7的另一端相連接；所述第六MOS管Q6的漏極與第六二極管D6的陰極及第十電容C8的一端相連接，第六MOS管Q6的源極與第六二極管D6的陽極及第十電容CS的另一端相連接；所述第七MOS管Q7的漏極與第七二極管D7的陰極及第十一電容C9的一端相連接，第七MOS管Q7的源極與第七二極管D7的陽極及第十一電容C9的另一端相連接；所述第八MOS管Q8的漏極與第八二極管D8的陰極及第十二電容ClO的一端相連接，第八MOS管Q8的源極與第八二極管D8的陽極及第十二電容ClO的另一端相連接，第三電容Cf及第四電容Cb均為電解電容。
[0030]所述DSP芯片通過第一采樣電路、第二采樣電路、第三采樣電路及驅(qū)動電路對整個電路進行檢測及控制的過程中，DSP芯片對采集的數(shù)據(jù)按照預(yù)先編好的程序進行運算，調(diào)節(jié)各MOS管的占空比，從而調(diào)節(jié)各MOS管的輸出電壓，當(dāng)電路出現(xiàn)故障等異常情況時實現(xiàn)對電路的保護。
[0031]下面，以放電模式即功率由低壓側(cè)到高壓側(cè)流動為例，對其控制原理進行詳細(xì)說明，電路工作波形如圖2所示:
[0032]Vt1:t=tQ時,第一電感Lr的電流為負(fù)，第一 MOS管Ql零電壓開通，Vt1期間，Vab=V1A，Vde=V2/2，Vfe=-V2/2，由于Vcb電壓等于副邊電壓之和乘以匝比η，因此Vcb=O，第一電感L給第五電容C3充電，第一電感L的電流減小，第一電容Cl向第二電容C2放電。
[0033]trt2:Vab仍然等于V1AVra=O,第一電感L的電流為正并增大，第一電感L儲能，第五MOS管Q5零電壓開通,第二電容C2反過來向第一電容Cl放電。
[0034]t2_t3:t=t2時，第五MOS管Q5零電壓開通，Vde變?yōu)檎腲/2，Vcb=V2大于V1，第一電感L為第一電容Cl充電。
[0035]t3_t4:t=t3時,第一電感L的電流變負(fù),第一電感L儲能,能量從第一電容Cl傳到第四電容Cb，第六MOS管Q6零電壓開通，t3-t4這段時間應(yīng)該足夠長，以使完成能量由低壓側(cè)向高壓側(cè)的傳遞。
[0036]t4_t5:t=t4，第六MOS管Q6零電壓開通。VDE=_V2/2，VCB=0，第一電感Lr為第四電容Cb充電，第一電感L的電流減小，第一電容Cl向第二電容C2放電。
[0037]t5-t6:第一電感L,的電流為正，儲存的能量用于使第四MOS管Q4零電壓開通，第二電容C2反過來向第一電容Cl放電。
[0038]t6-t7:t=t6時,第四MOS管Q4零電壓開通，Vab等于-\丨1。
[0039]t7-t8:第八電容C6放電，第一電感L,儲能，第一電感L,的電流為負(fù)，為第七MOS管Q7零電壓開通提供條件，關(guān)斷，Vcb=O,第一電容Cl向第二電容C2放電。
[0040]以此類似，在放電模式下， 電路具有同樣的工作過程。
[0041]系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)是能夠根據(jù)實際需求或自動判斷電路工作狀態(tài)，選擇工作模式，該電路拓?fù)渑浜峡刂齐娐罚行У耐貙捔穗妷悍秶拓?fù)載范圍。
[0042]系統(tǒng)采用高性能的DSP芯片進行控制，采樣電路對高壓端、低壓端的電壓、電流進行采樣，采樣數(shù)據(jù)進入DSP芯片后首先進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后根據(jù)事先編好的算法對數(shù)據(jù)進行處理，從而調(diào)節(jié)PWM的占空比，PWM經(jīng)驅(qū)動電路后對開關(guān)管進行控制，對輸出進行調(diào)節(jié)，如果采樣數(shù)據(jù)異常，說明電路發(fā)生了故障，此時能夠封鎖所有開關(guān)管，實現(xiàn)對電路的保護。
[0043]以上所述的本發(fā)明實施方式，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護范圍的限定。任何在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所做的修改、等同替換、和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種寬電壓寬負(fù)載范圍的直流變換器，其特征在于，包括DSP芯片、第一 MOS管(Ql)、第二 MOS管(Q2)、第三MOS管(Q3)、第四MOS管(Q4)、第五MOS管(Q5)、第六MOS管(Q6)、第七MOS管(Q7)、第八MOS管(Q8)、第一變壓器(Tl)、第二變壓器(T2)、驅(qū)動電路、第一米樣電路、第二米樣電路、第三米樣電路、第一電感(Lr)、第二電感(Lf)、第一電容(Cl)、第二電容(C2)、第三電容(Cf)及第四電容(Cb)； 所述第一 MOS管(Ql)的漏極及第三MOS管(Q3)的漏極均與低壓側(cè)(Vl)相連接，第一MOS管(Ql)的源極和第二 MOS管(Q2)的漏極連接，第三MOS管(Q3)的源極和第四MOS管(Q4)的漏極連接，第二 MOS管(Q2)的源極與第四MOS管(Q4)的源極均接地； 所述第一變壓器(Tl)中初級繞組的一端通過第一電感(Lr)與第一 MOS管(Ql)的源極相連接，第一變壓器(Tl)中初級繞組的另一端與第二變壓器(T2)中初級繞組的一端相連接，第二變壓器(T2)中初級繞組的另一端與第四MOS管(Q4)的漏極相連接，第一變壓器(Tl)中次級繞組的一端與第六MOS管(Q6)的漏極相連接，第一變壓器(Tl)中次級繞組的另一端與第二變壓器(T2)中次級繞組的一端、第一電容(Cl)的一端以及第二電容(C2)的一端相連接，第二變壓器(T2)中次級繞組的另一端與第八MOS管(Q8)的漏極相連接，第一電容(Cl)的另一端與第七MOS管(Q7)的漏極相連接，第二電容(C2)的另一端接地；所述第二電感(Lf)的一端與第五MOS管(Q5)的漏極及第七MOS管(Q7)的漏極相連接，第二電感(Lf)的另一端與高壓側(cè)(V2)相連接，第五MOS管(Q5)的源極與第六MOS管(Q6)的漏極相連接，第七MOS管(Q7)的源極與第八MOS管(Q8)的漏極相連接，第六MOS管(Q6)的源極和第八MOS管(Q8)的源極均接地；第三電容(Cf)的正極與高壓側(cè)(V2)，第三電容(Cf)的負(fù)極接地，第四電容(Cb)的正極與低壓側(cè)(Vl)相連接，第四電容(Cb)的負(fù)極接地； 所述第一米樣電 路的輸入端與低壓側(cè)(Vl)相連接，第二米樣電路的輸入端與第八MOS管(Q8)的源極相連接，第三采樣電路的輸入端與高壓側(cè)(V2)相連接，第一采樣電路的輸出端、第二采樣電路的輸出端及第三采樣電路的輸出端均與DSP芯片的輸入端相連接，DSP芯片上設(shè)有八個輸出端，DSP芯片上的八個輸出端通過驅(qū)動電路分別與第一 MOS管(Ql)的柵極、第二 MOS管(Q2)的柵極、第三MOS管(Q3)的柵極、第四MOS管(Q4)的柵極、第五MOS管(Q5)的柵極、第六MOS管(Q6)的柵極、第七MOS管(Q7)的柵極及第八MOS管(Q8)的柵極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬電壓寬負(fù)載范圍的直流變換器，其特征在于，還包括第一二極管(Dl)、第二二極管(D2)、第三二極管(D3)、第四二極管(D4)、第五電容(C3)、第六電容(C4)、第七電容(C5)及第八電容(C6)；所述第一 MOS管(Ql)的漏極與第一二極管(Dl)的陰極及第五電容(C3)的一端相連接，第一 MOS管(Ql)的源極與第一二極管(Dl)的陽極及第五電筒(C3)的另一端相連接；所述第二 MOS管(Q2)的漏極與第二二極管(D2)的陰極及第六電容(C4)的一端相連接，第二 MOS管(Q2)的源極與第二二極管(D2)的陽極及第六電容(C4)的另一端相連接；所述第三MOS管(Q3)的漏極與第三二極管(D3)的陰極及第七電容(C5)的一端相連接，第三MOS管(Q3)的源極與第三二極管(D3)的陽極及第七電容(C5)的另一端相連接；所述第四MOS管(Q4)的漏極與第四二極管(D4)的陰極及第八電容(C6)的一端相連接，第四MOS管(Q4)的源極與第四二極管(D4)的陽極及第八電容(C6)的另一端相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的寬電壓寬負(fù)載范圍的直流變換器，其特征在于，還包括第五二極管(D5)、第六二極管(D6)、第七二極管(D7)、第八二極管(D8)，第九電容(C7)、第十電容(C8)、第十一電容(C9)、第十二電容(ClO)； 所述第五MOS管(Q5)的漏極與第五二極管(D5)的陰極及第九電容(C7)的一端相連接，第五MOS管(Q5)的源極與第五二極管(D5)的陽極及第九電容(C7)的另一端相連接；所述第六MOS管(Q6)的漏極與第六二極管(D6)的陰極及第十電容(CS)的一端相連接，第六MOS管(Q6)的源極與第六二極管(D6)的陽極及第十電容(CS)的另一端相連接；所述第七MOS管(Q7)的漏極與第七二極管(D7)的陰極及第十一電容(C9)的一端相連接，第七MOS管(Q7)的源極與第七二極管(D7)的陽極及第十一電容(C9)的另一端相連接; 所述第八MOS管(Q8)的漏極與第八二極管(D8)的陰極及第十二電容(ClO)的一端相連接，第八MOS管(Q8)的源極與第八二極管(D8)的陽極及第十二電容(ClO)的另一端相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬電壓寬負(fù)載范圍的直流變換器，其特征在于，所述第三電容(Cf)及第四電容(C b)均為電解電容。
【文檔編號】H02M3/335GK103916017SQ201410097984
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月17日
【發(fā)明者】史永勝, 王喜鋒, 胡雙, 寧青菊 申請人:陜西科技大學(xué)