一种双向DCDC装置的制作方法

一种双向dcdc装置
技术领域
1.本实用新型属于供电技术领域，尤其涉及一种双向dcdc装置。


背景技术：

2.单向dcdc变换器只能将能量由一个方向传输，而双向dcdc变换器可实现能量的双向传输，随着时代进步和科技的发展，双向dcdc变换器在新能源、航天航空、交通、通讯和工业控制等领域得到了广泛应用。由于在这些需要能量双向流动的场合，两侧都是直流电压源或直流有原负载，电压极性保持不变，且能量双向流动即电流的双向流动。现有技术中通常会将两个单向dcdc变换器反并联，而单向dcdc变换器中主功率传输通路上会存在二极管，使得能量经由变换器流动的方向变成单向，电路结构复杂，也降低了变换速率和接入电路产生更大损耗。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本实用新型提供一种双向dcdc装置，可以提升功率变换切换的速率，保证dcdc模块充放电的正常工作，应用范围广，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：
5.本实用新型提供了一种双向dcdc装置，包括控制模块、驱动模块和dcdc模块，所述控制模块、所述驱动模块与所述dcdc模块连接，所述控制模块与所述驱动模块连接；
6.所述控制模块包括主控芯片、电压采样电路和电流采样电路，所述电压采样电路、所述电流采样电路与所述主控芯片连接；
7.所述驱动模块包括与所述主控芯片连接的信号隔离模块、驱动充电电路和驱动放电电路，所述驱动充电电路、所述驱动放电电路与所述信号隔离模块连接；
8.所述dcdc模块包括降压电路、升压电路、储能模块、霍尔电流传感器和开关电路，所述降压电路与电网中的双向acdc模块连接，所述升压电路连接所述霍尔电流传感器，所述霍尔电流传感器连接所述电流采样电路、所述开关电路，所述开关电路的一端连接所述电压采样电路，所述开关电路的另一端连接所述主控芯片；
9.其中，所述电流采样电路接收所述霍尔电流传感器采集的电流数据反馈至所述主控芯片，所述电压采样电路读取电压并反馈至所述主控芯片，所述主控芯片根据所述电流数据和所述电压控制所述开关电路导通，并控制所述驱动模块输出不同脉宽的调制波，以控制所述dcdc模块的充放电。
10.作为上述技术方案的进一步改进，所述电压采样电路包括电阻r2、电阻r3、第一比较器、电阻r6和电阻r9，所述电阻r3与所述第一比较器的正输入端连接，所述电阻r2与所述第一比较器的负输入端连接，所述电阻r6连接在所述第一比较器的负输入端和所述第一比较器的输出端并与所述电阻r9连接，所述电阻r9连接所述主控芯片。
11.作为上述技术方案的进一步改进，所述电流采样电路包括电阻r1、电阻r4、电阻r5、第二比较器、电阻r8和电阻r10，所述电阻r1并联在所述电阻r4、所述电阻r5之间，所述
电阻r4与所述第二比较器的负输入端连接，所述电阻r5与所述第二比较器的正输入端连接，所述电阻r8连接在所述第二比较器的负输入端和所述第二比较器的正输入端并与所述电阻r10连接，所述电阻r10连接所述主控芯片。
12.作为上述技术方案的进一步改进，所述信号隔离模块包括电阻r11、电阻r12和芯片u2，所述电阻r11与所述电阻r12并联，所述主控芯片的端口wm1、端口wm2分别对应连接所述电阻r12、所述电阻r11。
13.作为上述技术方案的进一步改进，所述驱动充电电路包括二极管d2、电阻r14、芯片u3、电阻r15、电阻r17、三极管q1和三极管q2，所述二极管d2的阳极连接所述信号隔离模块、所述芯片u3的第三引脚，所述二极管d2的阴极与所述电阻r14、所述芯片u3的第一引脚连接，所述电阻r15与所述电阻r17并联至所述三极管q1的基极、所述三极管q2的基极，所述电阻r15与所述芯片u3的第五引脚连接，所述电阻r17与所述芯片u3的第四引脚连接，所述三极管q1的集电极与所述芯片u3的第六引脚连接，所述三极管q1的发射极与所述三极管q2的集电极连接，所述三极管q2的发射极接地。
14.作为上述技术方案的进一步改进，所述驱动放电电路包括二极管d1、电阻r13、芯片u4、电阻r16、电阻r18、三极管q3和三极管q4，所述二极管d1的阳极与所述信号隔离模块、所述芯片u4的第三引脚连接，所述二极管d1的阴极与所述电阻r13、所述芯片u4的第一引脚连接，所述电阻r16与所述电阻r18并联并连接所述三极管q3、三极管q4的基极，所述电阻r16与所述芯片u4的第五引脚连接，所述电阻r18与所述芯片u4的第四引脚连接，所述三极管q3的集电极与所述芯片u4的第六引脚连接，所述三极管q3的发射极与所述三极管q4的集电极连接，所述三极管q4的发射极接地。
15.作为上述技术方案的进一步改进，所述控制模块还包括与所述主控芯片连接的时钟电路和滤波电路，所述时钟电路包括电容c1、电容c2和晶振y1，所述电容c1和电容c2并联，所述晶振y1位于所述电容c1与所述电容c2之间，所述滤波电路包括并联的电阻r7和电容c3并连接至所述主控芯片，所述主控芯片采用型号为32f334的mcu芯片。
16.作为上述技术方案的进一步改进，所述降压电路包括电容c4、开关管qs1、电阻r19和电阻r20，所述电容c4的输入端与所述双向acdc模块、所述开关管qs1的漏极连接，所述电容c4的输出端接地，所述开关管qs1的栅极与所述电阻r19、所述电阻r20连接，所述开关管qs1的源极与所述电阻r20、所述储能模块、所述升压电路连接，所述电阻r19与所述驱动充电电路连接。
17.作为上述技术方案的进一步改进，所述升压电路包括开关管qs2、电阻r21和电阻r22，所述电阻r21、所述电阻r22与所述开关管qs2的栅极连接，所述开关管qs2的源极接地，所述开关管qs2的漏极连接电感l1，所述电感l1连接电容c5的输入端，所述电容c5的输出端接地，所述电阻r21与所述驱动放电电路连接，其中，所述电感l1和所述电容c5属于所述储能模块。
18.作为上述技术方案的进一步改进，所述开关电路包括继电器ry1、二极管d3和功率管q5，所述继电器ry1与所述二极管d3并联且连接至所述功率管q5的漏极，所述功率管q5的栅极连接所述主控芯片，所述功率管q5的源极接地。
19.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
20.本实用新型提供了一种双向dcdc装置，控制模块通过设置电压采样电路、电流采
样电路分别对dcdc模块在不同工作状态下进行实时电压、电流采样，并将实时电压、电流反馈至主控芯片，主控芯片根据实时电压、电流控制功率管q5导通来调整dcdc模块的电压变换，dcdc模块在控制模块的控制下将电压固定直流电转换为电压可调直流电或将电压可调直流电转换为电压固定直流电，快速响应实现两个方向功率变换的切换，驱动模块可以对dcdc模块充电或放电增加电流驱动，可以提高dcdc模块的工作效率，从而降低了dcdc模块的电能损耗。
附图说明
21.图1为本实用新型提出的双向dcdc装置的结构框图；
22.图2为本实用新型提出的控制模块的电路图；
23.图3为本实用新型提出的驱动模块的电路图；
24.图4为本实用新型提出的dcdc模块的电路图。
25.主要元件符号说明如下：
26.10-控制模块；20-驱动模块；30-dcdc模块；40-主控芯片；50-电压采样电路；60-电流采样电路；70-信号隔离模块；80-驱动充电电路；90-驱动放电电路；100-降压电路；110-升压电路；120-储能模块；130-霍尔电流传感器；140-开关电路；150-时钟电路；160-滤波电路。
具体实施方式
27.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
28.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
29.参阅图1和图2，本实用新型提供了一种双向dcdc装置，包括控制模块10、驱动模块20和dcdc模块30，所述控制模块10、所述驱动模块20与所述dcdc模块30连接，所述控制模块10与所述驱动模块20连接；
30.所述控制模块10包括主控芯片40、电压采样电路50和电流采样电路60，所述电压采样电路50、所述电流采样电路60与所述主控芯片40连接；
31.所述驱动模块20包括与所述主控芯片40连接的信号隔离模块70、驱动充电电路80和驱动放电电路90，所述驱动充电电路80、所述驱动放电电路90与所述信号隔离模块70连接；
32.所述dcdc模块30包括降压电路100、升压电路110、储能模块120、霍尔电流传感器130和开关电路140，所述降压电路100与电网中的双向acdc模块连接，所述升压电路110连接所述霍尔电流传感器130，所述霍尔电流传感器130连接所述电流采样电路60、所述开关电路140，所述开关电路140的一端连接所述电压采样电路50，所述开关电路140的另一端连
接所述主控芯片40；
33.其中，所述电流采样电路60接收所述霍尔电流传感器130采集的电流数据反馈至所述主控芯片40，所述电压采样电路50读取电压并反馈至所述主控芯片40，所述主控芯片40根据所述电流数据和所述电压控制所述开关电路140导通，并控制所述驱动模块20输出不同脉宽的调制波，以控制所述dcdc模块30的充放电。
34.本实施例中，所述信号隔离模块70包括电阻r11、电阻r12和芯片u2，所述电阻r11与所述电阻r12并联，所述主控芯片40的端口wm1、端口wm2分别对应连接所述电阻r12、所述电阻r11。所述控制模块10还包括与所述主控芯片40连接的时钟电路150和滤波电路160，所述时钟电路150包括电容c1、电容c2和晶振y1，所述电容c1和电容c2并联，所述晶振y1位于所述电容c1与所述电容c2之间，所述滤波电路160包括并联的电阻r7和电容c3并连接至所述主控芯片40，所述主控芯片40采用型号为32f334的mcu芯片。所述开关电路140包括继电器ry1、二极管d3和功率管q5，所述继电器ry1与所述二极管d3并联且连接至所述功率管q5的漏极，所述功率管q5的栅极连接所述主控芯片，所述功率管q5的源极接地。时钟电路150是产生像时钟一样准确运动的振荡电路，任何工作都按时间顺序。滤波电路160常用于滤除整流输出电压中的纹波，由电抗元件组成，从而确保控制模块10工作的稳定性。
35.需要说明的是，主控芯片40包括端口y1、端口wm1和端口wm2，端口y1与开关电路140中的功率管q5的栅极连接，端口wm1连接芯片u2的第一引脚，端口wm2连接芯片u2的第三引脚，芯片u2的第四引脚连接驱动放电电路，芯片u2的第六引脚连接驱动充电电路80，芯片u2的第五引脚输入电压为5v，芯片u2的第二引脚接地。电压采样电路50和电流采样电路60分别采集电路中的实时电压、电流，并实时反馈至主控芯片40，主控芯片40根据采集的实时电压、电流对应控制驱动充电电路80、驱动放电电路90，可以实现恒压或恒流的充放电过程，也可以快速对dcdc模块30进行切换，保证电路的稳定运行。
36.可选地，所述电压采样电路50包括电阻r2、电阻r3、第一比较器、电阻r6和电阻r9，所述电阻r3与所述第一比较器的正输入端连接，所述电阻r2与所述第一比较器的负输入端连接，所述电阻r6连接在所述第一比较器的负输入端和所述第一比较器的输出端并与所述电阻r9连接，所述电阻r9连接所述主控芯片40。
37.本实施例中，所述电流采样电路60包括电阻r1、电阻r4、电阻r5、第二比较器、电阻r8和电阻r10，所述电阻r1并联在所述电阻r4、所述电阻r5之间，所述电阻r4与所述第二比较器的负输入端连接，所述电阻r5与所述第二比较器的正输入端连接，所述电阻r8连接在所述第二比较器的负输入端和所述第二比较器的正输入端并与所述电阻r10连接，所述电阻r10连接所述主控芯片。第一比较器记为u1a，电阻r2、电阻r3、电阻r6和电阻r9为稳压电压，第二比较器记为u1b，电阻r1、电阻r4、电阻r5、电阻r8和电阻r10为稳压电阻。比较器是将一个模拟电压信号与一个基准电压相比较的电路，比较器的两路输入为模拟信号，输出为二进制信号0或1，当输入电压的差值增大或减小且正负荷不变时，其输出保持恒定。例如，电压采样电路50连接锂电池可以实时采集锂电池的充电电压，电流采样电路60连接霍尔电流传感器130，可以实时采集电路中的电流变化，一定程度上提高了锂电池充放电的安全性。
38.参阅图3，可选地，所述驱动充电电路80包括二极管d2、电阻r14、芯片u3、电阻r15、电阻r17、三极管q1和三极管q2，所述二极管d2的阳极连接所述信号隔离模块、所述芯片u3
的第三引脚，所述二极管d2的阴极与所述电阻r14、所述芯片u3的第一引脚连接，所述电阻r15与所述电阻r17并联至所述三极管q1的基极、所述三极管q2的基极，所述电阻r15与所述芯片u3的第五引脚连接，所述电阻r17与所述芯片u3的第四引脚连接，所述三极管q1的集电极与所述芯片u3的第六引脚连接，所述三极管q1的发射极与所述三极管q2的集电极连接，所述三极管q2的发射极接地。
39.本实施例中，所述驱动放电电路90包括二极管d1、电阻r13、芯片u4、电阻r16、电阻r18、三极管q3和三极管q4，所述二极管d1的阳极与所述信号隔离模块70、所述芯片u4的第三引脚连接，所述二极管d1的阴极与所述电阻r13、所述芯片u4的第一引脚连接，所述电阻r16与所述电阻r18并联并连接所述三极管q3、三极管q4的基极，所述电阻r16与所述芯片u4的第五引脚连接，所述电阻r18与所述芯片u4的第四引脚连接，所述三极管q3的集电极与所述芯片u4的第六引脚连接，所述三极管q3的发射极与所述三极管q4的集电极连接，所述三极管q4的发射极接地。
40.本实施例中，驱动充电电路80与驱动放电电流90的电流结构基本相同，端口wm1、wm2输入mcu的调制波，芯片u2起到隔离作用，充电时，芯片u3工作起信号隔离作用，电阻r14起到限流作用，二极管d2起反接保护作用，电阻r15为驱动电阻，电阻r17起抗干扰作用，三极管q1、q2对管增加电流驱动。放电时，芯片u4工作起到信号隔离作用，电阻r13起限流作用，二极管d1起反接保护作用，电阻r16驱动电阻，电阻r18起抗干扰作用，三极管q3、q4对管增加电流驱动。驱动充电电路80与降压电路100连接，驱动放电电路90与升压电路110连接，可以灵活调整dcdc模块30的输出功率。
41.参阅图4，可选地，所述降压电路100包括电容c4、开关管qs1、电阻r19和电阻r20，所述电容c4的输入端与所述双向acdc模块、所述开关管qs1的漏极连接，所述电容c4的输出端接地，所述开关管qs1的栅极与所述电阻r19、所述电阻r20连接，所述开关管qs1的源极与所述电阻r20、所述储能模块120、所述升压电路110连接，所述电阻r19与所述驱动充电电路80连接。
42.本实施例中，所述升压电路110包括开关管qs2、电阻r21和电阻r22，所述电阻r21、所述电阻r22与所述开关管qs2的栅极连接，所述开关管qs2的源极接地，所述开关管qs2的漏极连接电感l1，所述电感l1连接电容c5的输入端，所述电容c5的输出端接地，所述电阻r21与所述驱动放电电路90连接，其中，所述电感l1和所述电容c5属于所述储能模块120。
43.本实施例中，双向acdc模块的输入端连接高压侧，双向acdc模块的输出端依次连接降压电路100、升压电路110和储能模块120，降压电路100和升压电路110的电路结构相似。当dcdc模块30用于充电时，380v电压输入双向acdc模块，经过双向acdc模块整流输出81v电流，电容c4滤波，经开关管qs1即mos管qs1降压，电阻r19为驱动电阻，电阻r20起到抗干扰的作用。开关管qs2即mos管qs2不工作，qs2内部反向二极管起到整流作用，将交流电输出为直流电，电阻r21为驱动电阻，电阻r22起到坑干扰的作用，电感l1储能，电容c5进行滤波，霍尔电流传感器130反馈电流给主控芯片40即mcu，mcu计算输出不同脉宽的调制波。mcu从端口y1即管脚y1输出信号控制功率管q5导通，使继电器ry1闭合输出电流，反向二极管d3在继电器ry1不工作时释放ry1内部线圈电流。
44.当dcdc模块30用于放电时，mcu从管脚y1输出信号控制q5导通，使ry1闭合，霍尔电流传感器130反馈电流给mcu，电感l1储能，电容c5滤波，mos管qs2工作升压，电阻r21为驱动
电阻，电阻r22起抗干扰作用，mos管qs1不工作，mos管qs1内部反向二极管起整流作用，电阻r19为驱动电阻，电阻r20起到抗干扰的作用，电容c4滤波，将电流反馈到双向acdc模块，使电流经acdc模块回到电网，从而降低了电能损耗。
45.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。