一种双向变换模块、驱动电路及电池接口变换器的制作方法

本发明涉及电力变换，尤其涉及一种双向变换模块、驱动电路及电池接口变换器。

背景技术：

1、户储变流器多与光伏配合使用，将光伏的电或者市电(用电低峰时段)储存在蓄电池中，当市电停电时或者用电高峰时段时，再将蓄电池储存的直流电变换成市电220伏交流电供户用电器使用，从而起到电量搬移、电费管理、应急电源等作用。

2、户储变流器接入的电池模组分为两种：高压电池和低压电池。面向高压电池的户储变流器大多采用buck/boost双向变换器作为电池接口。该架构的功率器件数量较少，结构简洁，控制简单，效率较高。但是，相同容量下高压电池的价格要高于低压电池，且电池电压等级高，安全系数较低。

3、与高压电池(100v-200v)相比，低压电池(48v)的电压等级较低，安全系数较高，且相同容量下的成本较低，但是户储变流器的电池接口需要具备很强的升压能力，才能实现低压电池和高压直流母线的电压匹配。面向低压电池的户储变流器一般采用隔离型双向桥式拓扑作为电池接口。隔离型桥式拓扑可以通过调整高频变压器的原副边匝比，轻易地实现高增益变换，而且能在大部分工况下实现功率管的零电压(zvs)软开关，但是，其采用了高频变压器和较多的功率器件，体积、成本和损耗较大，效率难以改善，且控制相对复杂。

4、因此，需要一种对功率器件的数量需求小、整体体积小、制造成本低、变换效率高且控制简单的双向变换模块、驱动电路及电池接口变换器。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明提供一种双向变换模块、驱动电路及电池接口变换器。

2、本发明技术方案如下所述：

3、一种双向变换模块，包括低压侧、高压侧、开关管、电感以及电容c1；

4、所述开关管有4个，分别为开关管s1、开关管s2、开关管s3、开关管s4；

5、所述低压侧的电压为ub；

6、所述高压侧的电压为udc；

7、所述电容c1两端的电压为uc1；

8、所述低压侧和所述高压侧的负极相连，并与所述开关管s1、开关管s3连接；

9、所述高压侧的正极连接所述开关管s4，所述开关管s4经过所述开关管s2与所述开关管s1连接；所述开关管s4经过所述电容c1与所述开关管s3连接；

10、所述电感有2个，分别为电感l1和电感l2，所述电感l1的电感量为l1，所述电感l2的电感量为l2；所述电感l1的一端连接所述低压侧的正极，另一端连接至所述开关管s1和所述开关管s2的中点；所述电感l2的一端连接所述低压侧的正极，另一端连接至所述开关管s3和所述电容c1的中点。

11、作为本发明的进一步改进，当所述开关管s1和所述开关管s4导通，所述开关管s2和所述开关管s3关闭时，电感电流il1和il2的变化率分别为：

12、

13、作为本发明的进一步改进，当所述开关管s1和所述开关管s3导通，所述开关管s2和所述开关管s4关闭时，电感电流il1和il2的变化率分别为：

14、

15、作为本发明的进一步改进，当所述开关管s2和所述开关管s3导通，所述开关管s1和所述开关管s4关闭时，电感l1对电容c1进行充电，电感电流il1和il2的变化率分别为：

16、

17、作为本发明的进一步改进，所述电感l1和所述电感l2共用一个磁芯，所述电感l1和所述电感l2的电流双向流通。

18、作为本发明的进一步改进，所述低压侧并联电容cb，所述高压侧并联电容cdc。

19、作为本发明的进一步改进，所述开关管s1与所述开关管s2互补导通，所述开关管s3与所述开关管s4互补导通，所述开关管s1与所述开关管s3的驱动信号互差180°。

20、作为本发明的进一步改进，所述开关管s1与所述开关管s3的占空比相等，占空比d＞0.5。

21、一种驱动电路，包括上述的双向变换模块、第一半桥驱动器、第二半桥驱动器，所述第一半桥驱动器和所述第二半桥驱动器控制所述开关管s1、所述开关管s2、所述开关管s3以及所述开关管s4的通断。

22、作为本发明的进一步改进，所述第一半桥驱动器和所述第二半桥驱动器均为ir2110。

23、作为本发明的进一步改进，所述第一半桥驱动器的2号引脚与所述开关管s1的源极连接，所述第一半桥驱动器的1号引脚与所述开关管s1的栅极之间设有电阻rg1，所述第一半桥驱动器的3号引脚与外部电源相连，所述第一半桥驱动器的3号引脚与所述第一半桥驱动器的6号引脚之间设有二极管db1，所述第一半桥驱动器的3号引脚连接所述二极管db1的阳极，所述第一半桥驱动器的6号引脚连接所述二极管db1的阴极，所述第一半桥驱动器的5号引脚与所述开关管s1的漏极连接，所述第一半桥驱动器的5号引脚与所述第一半桥驱动器的6号引脚之间设有电容cb1，所述第一半桥驱动器的7号引脚与所述开关管s2的栅极之间设有电阻rg2，所述第一半桥驱动器的6号引脚与所述第二半桥驱动器的6号引脚之间设有二极管db3，所述第一半桥驱动器的6号引脚连接所述二极管db3的阳极；

24、所述第二半桥驱动器的2号引脚接地，所述第二半桥驱动器的1号引脚与所述开关管s3的栅极之间设有电阻rg3，所述第二半桥驱动器的3号引脚与外部电源相连，所述第二半桥驱动器的3号引脚与所述第二半桥驱动器的6号引脚之间设有二极管db2，所述第二半桥驱动器的3号引脚连接所述二极管db2的阳极，所述第二半桥驱动器的6号引脚连接所述二极管db2的阴极，所述第二半桥驱动器的5号引脚与所述开关管s4的源极连接，所述第二半桥驱动器的5号引脚与所述第二半桥驱动器的6号引脚之间设有电容cb2，所述第二半桥驱动器的7号引脚与所述开关管s4的栅极之间设有电阻rg4，所述第二半桥驱动器的6号引脚连接所述二极管db3的阴极。

25、作为本发明的进一步改进，当所述外部电源通过所述电阻rg1、所述电阻rg3对所述开关管s1、所述开关管s3的栅极充电时，所述开关管s1和所述开关管s3导通，同时所述外部电源经过二极管db1和开关管s1的沟道，给电容cb1进行充电。

26、作为本发明的进一步改进，当所述外部电源通过所述电阻rg1对所述开关管s1的栅极充电时，电容cb2经过电阻rg4对所述开关管s4的栅极充电，所述开关管s1和所述开关管s4导通，同时所述外部电源经过所述二极管db1和开关管s1的沟道给电容cb1进行充电。

27、作为本发明的进一步改进，当所述外部电源经过所述电阻rg3给开关管s3的栅极充电时，所述电容cb1经过电阻rg2给所述开关管s2的栅极充电，所述开关管s2和所述开关管s3导通，同时所述电容cb1经过所述二极管db3、所述开关管s2的沟道给所述电容cb2充电。

28、一种电池接口变换器，包括多个上述的驱动电路，多个所述驱动电路并联。

29、根据上述方案的本发明，本发明的有益效果在于：

30、本发明采用单级式结构，不含高频变压器，且每个双向变换模块仅含有4个开关管，对功率器件的数量需求小、制造成本低；每个模块工作在电流双向流通模式，所需输入电感量较小，且采用共磁芯设计，整体的体积和重量较小；无需电流传感器，只需要两个下管的占空比相等，即可实现两个输入电感的自动均流，控制简单，且进一步降低了系统成本；功率管的电压应力很低，电压增益高，可通过变频控制和合理的电感设计，即可在全工作条件下实现所有功率管的zvs软开关，并维持较小的通态损耗，变换效率较高。