本發(fā)明涉及電力電子變換電路領(lǐng)域，特別是本發(fā)明涉及一種高效低紋波雙向Cuk變換電路。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人類(lèi)對(duì)能源的需求日益增加。傳統(tǒng)化石能源加劇消耗的同時(shí)給環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重的破壞和污染，能源和環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)所面臨最重要的兩個(gè)主題。因此，合理開(kāi)發(fā)和利用綠色可再生能源已成為人類(lèi)的迫切需要，如光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)、電力傳動(dòng)和電池老化試驗(yàn)等方面，而這些場(chǎng)合都需要電能的雙向變換與處理。

傳統(tǒng)功率雙向變換的實(shí)現(xiàn)是采用兩套獨(dú)立的單方向DC/DC變換器反并聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這使得整體電路復(fù)雜化，加大了整個(gè)變化器裝置的體積。而且在整個(gè)變換正常工作的任意時(shí)刻，只有一套單向變換器在工作，這是資源的浪費(fèi)，也降低了效率。為此，現(xiàn)有技術(shù)采用Buck電路與Boost電路復(fù)合組成一個(gè)雙向變換器電路來(lái)實(shí)現(xiàn)電能的雙向流動(dòng)。這使得總體器件數(shù)目變少，大幅度降低系統(tǒng)的體積、重量及成本，可以更加快速地進(jìn)行兩個(gè)方向的功率變換，但是現(xiàn)有技術(shù)的效率與紋波有待改善。

本發(fā)明提出了一種高效低紋波雙向Cuk變換器，就是通過(guò)組合降壓型Cuk變換電路和升壓型Cuk變換電路，把原有的Cuk變換器組合成雙向變換器。這樣不僅實(shí)現(xiàn)了電能的雙向傳輸，而且輸入、輸出端各有一個(gè)電感，使得輸入輸出電流脈動(dòng)小，容易對(duì)輸入、輸出進(jìn)行濾波，實(shí)現(xiàn)低紋波，有利于EMI。此外，在整個(gè)開(kāi)關(guān)周期中，輸入電源都可以向具有直流電動(dòng)勢(shì)的用電設(shè)備提供電能或具有直流電動(dòng)勢(shì)的用電設(shè)備向電源回饋電能，從而提高了整個(gè)電路的效率，降低成本，具有輸入輸出低紋波等優(yōu)點(diǎn)，而且輸入、輸出電壓同極性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種高效低紋波雙向Cuk變換電路，實(shí)現(xiàn)高效、低紋波，并將降壓Cuk電路與升壓Cuk電路復(fù)合組成一個(gè)雙向變換器電路，實(shí)現(xiàn)了電能的雙向變換與處理，具有輸入輸出低紋波等優(yōu)點(diǎn)，且輸入輸出電壓極性相同，也有效的減小了功率半導(dǎo)體器件數(shù)目和節(jié)約了系統(tǒng)的成本。

本發(fā)明采用以下方案實(shí)現(xiàn)：一種高效低紋波雙向Cuk變換電路，包括一輸入直流電壓源V₁，其特征在于：所述輸入直流電壓源V₁的正極連接一電感L₁的一端；所述電感L₁的另一端連接一中間電容C_B的一端、一功率二極管D₁的陰極和一功率MOS開(kāi)關(guān)管S₁的漏極或一IGBT開(kāi)關(guān)管S₁的集電極；所述中間電容C_B的另一端連接一功率二極管D₂的陽(yáng)極、一功率MOS開(kāi)關(guān)管S₂的源極或一IGBT開(kāi)關(guān)管S₂的發(fā)射極和一電感L₂的一端；所述電感L₂的另一端連接所述輸入直流電壓源V₁的負(fù)極和一具有直流電動(dòng)勢(shì)的用電設(shè)備V₀的一端；所述具有直流電動(dòng)勢(shì)的用電設(shè)備V₀的另一端連接所述功率二極管D₁的陽(yáng)極、所述功率MOS開(kāi)關(guān)管S₁的源極或所述IGBT開(kāi)關(guān)管S₁的發(fā)射極、所述功率二極管D₂的陰極和所述功率MOS開(kāi)關(guān)管S₂的漏極或所述IGBT開(kāi)關(guān)管S₂的集電極。

進(jìn)一步地，所述具有直流電動(dòng)勢(shì)的用電設(shè)備V₀其兩端電壓小于輸入電源電壓V₁。

進(jìn)一步地，采用所述功率MOS開(kāi)關(guān)管S₁與所述功率MOS開(kāi)關(guān)管S₂時(shí)，所述功率二極管D₁是所述功率MOS開(kāi)關(guān)管S₁的體二極管；所述功率二極管D₂是所述功率MOS開(kāi)關(guān)管S₂的體二極管；采用所述IGBT開(kāi)關(guān)管S₁與所述IGBT開(kāi)關(guān)管S₂時(shí)，所述功率二極管D₁、功率二極管D₂是快恢復(fù)二極管。

進(jìn)一步地，所述中間電容C_B是高頻電容。

進(jìn)一步地，根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效低紋波雙向Cuk變換電路，其特征在于：所述電感L₁、中間電容C_B、電感L₂、功率MOS開(kāi)關(guān)管S₁或IGBT開(kāi)關(guān)管S₁、功率二極管D₂構(gòu)成降壓型Cuk變換電路，用以將電能從電源V₁向具有直流電動(dòng)勢(shì)的用電設(shè)備V₀傳遞；所述電感L₁、中間電容C_B、電感L₂、功率MOS開(kāi)關(guān)管S2或IGBT開(kāi)關(guān)管S2、功率二極管D₁構(gòu)成升壓型Cuk變換電路，用以將電能從具有直流電動(dòng)勢(shì)的用電設(shè)備V₀向電源V₁傳遞。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

1．本發(fā)明組合降壓Cuk電路和升壓Cuk電路，實(shí)現(xiàn)了電能的雙向變換與處理；

2．相對(duì)于兩個(gè)單向DC/DC變換器反并聯(lián)，雙向變換器減少了功率半導(dǎo)體器件的數(shù)量，可以有效降低成本；

3．本發(fā)明輸入、輸出端各有一個(gè)電感，使得輸入輸出電流脈動(dòng)小，容易對(duì)輸入、輸出進(jìn)行濾波，實(shí)現(xiàn)低紋波，有利于EMI；

4．本發(fā)明在整個(gè)開(kāi)關(guān)周期中，輸入電源都可以向具有直流電動(dòng)勢(shì)的用電設(shè)備提供電能或具有直流電動(dòng)勢(shì)的用電設(shè)備向電源回饋電能，從而提高了整個(gè)電路的效率，降低成本。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的一種高效、低紋波雙向Cuk變換電路原理圖。

圖2是本發(fā)明的一種高效、低紋波雙向Cuk變換器在電能由電源V₁向具有直流電動(dòng)勢(shì)的用電設(shè)備V₀傳輸即降壓Cuk模式工作，功率開(kāi)關(guān)管S₁導(dǎo)通時(shí)輸入電源給電感L₁充電、中間電容C_B給電感L₂充電的工作模態(tài)示意圖。

圖3是本發(fā)明的一種高效、低紋波雙向Cuk變換器在電能由電源V₁向具有直流電動(dòng)勢(shì)的用電設(shè)備V₀傳輸即降壓Cuk模式工作，功率二極管D₂導(dǎo)通時(shí)電感L₁給中間電容C_B充電、電感L₂給具有直流電動(dòng)勢(shì)的用電設(shè)備V₀供電的工作模態(tài)示意圖。

圖4是本發(fā)明的一種高效、低紋波雙向Cuk變換器在電能由具有直流電動(dòng)勢(shì)的用電設(shè)備V₀向電源V₁傳輸即升壓Cuk模式工作，功率開(kāi)關(guān)管S2導(dǎo)通時(shí)具有直流電動(dòng)勢(shì)的用電設(shè)備V₀給電感L₂充電、中間電容C_B給電感L₁充電的工作模態(tài)示意圖。

圖5是本發(fā)明的一種高效、低紋波雙向Cuk變換器在電能由具有直流電動(dòng)勢(shì)的用電設(shè)備V₀向電源V₁傳輸即升壓Cuk模式工作，功率二極管D₁導(dǎo)通時(shí)電感L₂給中間電容C_B充電、電感L₁給電源饋電的工作模態(tài)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

本實(shí)施例提供一種高效低紋波雙向Cuk變換電路，如圖1所示，包括一輸入直流電壓源V₁，其特征在于：所述輸入直流電壓源V₁的正極連接一電感L₁的一端；所述電感L₁的另一端連接一中間電容C_B的一端、一功率二極管D₁的陰極和一功率MOS開(kāi)關(guān)管S₁的漏極或一IGBT開(kāi)關(guān)管S₁的集電極；所述中間電容C_B的另一端連接一功率二極管D₂的陽(yáng)極、一功率MOS開(kāi)關(guān)管S₂的源極或一IGBT開(kāi)關(guān)管S₂的發(fā)射極和一電感L₂的一端；所述電感L₂的另一端連接所述輸入直流電壓源V₁的負(fù)極和一具有直流電動(dòng)勢(shì)的用電設(shè)備V₀的一端；所述具有直流電動(dòng)勢(shì)的用電設(shè)備V₀的另一端連接所述功率二極管D₁的陽(yáng)極、所述功率MOS開(kāi)關(guān)管S₁的源極或所述IGBT開(kāi)關(guān)管S₁的發(fā)射極、所述功率二極管D₂的陰極和所述功率MOS開(kāi)關(guān)管S₂的漏極或所述IGBT開(kāi)關(guān)管S₂的集電極。

在本實(shí)施例中，所述具有直流電動(dòng)勢(shì)的用電設(shè)備V₀其兩端電壓小于輸入電源電壓V₁。

在本實(shí)施例中，采用所述功率MOS開(kāi)關(guān)管S₁與所述功率MOS開(kāi)關(guān)管S₂時(shí)，所述功率二極管D₁是所述功率MOS開(kāi)關(guān)管S₁的體二極管；所述功率二極管D₂是所述功率MOS開(kāi)關(guān)管S₂的體二極管；采用所述IGBT開(kāi)關(guān)管S₁與所述IGBT開(kāi)關(guān)管S₂時(shí)，所述功率二極管D₁、功率二極管D₂是快恢復(fù)二極管。

在本實(shí)施例中，所述中間電容C_B是高頻電容。

在本實(shí)施例中，所述電感L₁、中間電容C_B、電感L₂、功率MOS開(kāi)關(guān)管S₁或IGBT開(kāi)關(guān)管S₁、功率二極管D₂構(gòu)成降壓型Cuk變換電路，用以將電能從電源V₁向具有直流電動(dòng)勢(shì)的用電設(shè)備V₀傳遞；所述電感L₁、中間電容C_B、電感L₂、功率MOS開(kāi)關(guān)管S2或IGBT開(kāi)關(guān)管S2、功率二極管D₁構(gòu)成升壓型Cuk變換電路，用以將電能從具有直流電動(dòng)勢(shì)的用電設(shè)備V₀向電源V₁傳遞。

在本實(shí)施例中，通過(guò)采用雙向Cuk變換器，實(shí)現(xiàn)高效、低紋波恒流輸出，并實(shí)現(xiàn)了電能的雙向變換與處理，且輸入輸出電壓極性相同，也有效的減小了功率半導(dǎo)體器件數(shù)目和節(jié)約了系統(tǒng)的成本。下面結(jié)合圖1中的具體實(shí)例具體說(shuō)明本發(fā)明的一種高效、低紋波雙向Cuk變換器在CCM模式下工作的各個(gè)工作階段，如圖2至圖5所示。

參照?qǐng)D2，在功率開(kāi)關(guān)管S₁導(dǎo)通時(shí)，輸入直流電壓源V₁通過(guò)功率開(kāi)關(guān)管S₁對(duì)電感L₁進(jìn)行充電和具有直流電動(dòng)勢(shì)的用電設(shè)備V₀供電，同時(shí)中間電容C_B通過(guò)功率開(kāi)關(guān)管S₁給電感L₂充電和具有直流電動(dòng)勢(shì)的用電設(shè)備V₀供電。此時(shí)，功率二極管D₁、D₂承受反壓截止，功率開(kāi)關(guān)管S₂不工作。

參照?qǐng)D3，在功率開(kāi)關(guān)管S₁截止、功率二極管D₂導(dǎo)通時(shí)，電感L₁上的電能通過(guò)快恢復(fù)功率二極管D₂給中間電容C_B充電和具有直流電動(dòng)勢(shì)的用電設(shè)備V₀供電，同時(shí)電感L₂上的電能通過(guò)功率二極管D₂給具有直流電動(dòng)勢(shì)的用電設(shè)備V₀供電。此時(shí)，功率二極管D₁承受反壓截止，功率開(kāi)關(guān)管S₂不工作。

參照?qǐng)D4，在功率開(kāi)關(guān)管S₂導(dǎo)通時(shí)，具有直流電動(dòng)勢(shì)的用電設(shè)備V₀通過(guò)功率開(kāi)關(guān)管S₂對(duì)電感L₂進(jìn)行充電，同時(shí)中間電容C_B通過(guò)功率開(kāi)關(guān)管S₂給電感L₁充電和電源饋電。此時(shí)，功率二極管D₁、D₂承受反壓截止，功率開(kāi)關(guān)管S₁不工作。

參照?qǐng)D5，在功率開(kāi)關(guān)管S₂截止、功率二極管D₁導(dǎo)通時(shí)，電感L₂上的電能通過(guò)快恢復(fù)功率二極管D₁給中間電容C_B充電和電源饋電，同時(shí)電感L₁上的電能通過(guò)功率二極管D₂給電源饋電。此時(shí)，功率二極管D₂承受反壓截止，功率開(kāi)關(guān)管S₁不工作。

上列為一實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。