一種燃料電池dc/dc變換裝置及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種DC/DC變換裝置，特別涉及一種燃料電池的DC/DC變換裝置及其控制方法。
【背景技術】
[0002]燃料電池是將儲存在燃料和氧化劑中的化學能，直接轉化為電能的裝置。當源源不斷地從外部向燃料電池供給燃料和氧化劑時，它可以連續發電。燃料電池備用電源已經開始在一些行業如通信行業中使用。雖然燃料電池產生的是直流電，但是電壓變化范圍隨負載波動較大，所以燃料電池一般不直接給通信負載供電。現有的技術通常將燃料電池產生的直流電經過DC/DC變換后給通信負載。當燃料電池開路電壓高于通信電源電壓，同時額定工作電壓低于通信電源電壓時，需要對燃料電池輸出的直流電做升壓和降價變換。例如發明專利201110170153，5只能實現燃料電池的升壓。已有的通信直流變換裝置不能滿足在大范圍直流輸入下工作在升壓狀態和降壓狀態的要求。單個直流變換或者簡單的將升壓直流變換裝置與降壓直流裝置串聯使用，整體變換的效率很難達到預定要求。并且燃料電池隨著使用時間的增加，最大功率將緩慢降低。當燃料電池衰減后的最大功率低于直流變換裝置的限定功率時，負載短時的突變可能使直流變換裝置輸入端電壓低于欠壓點進入欠壓保護，然后重啟，并重復該過程。這樣的短時往復重啟會影響系統的正常工作以及系統的壽命。
【發明內容】
[0003]本發明的主要目的在于提供一種燃料電池DC/DC變換裝置，其能夠實現升壓變換也能夠實現降壓變換，同時能夠保證系統效率的燃料電池DC/DC變換裝置。
[0004]本發明的另一目的在于提供一種燃料電池DC/DC變換裝置，其包括用于實現升壓的升壓斬波電路，以及實現隔離和降壓的全橋直流變換器，所述升壓斬波電路能夠將輸入電壓變換為一個穩定的輸出電壓給所述全橋直流變換器，讓所述全橋直流變換器電路工作在較優的工作點，防止所述全橋直流變換器的輸入出現大范圍波動，從而從硬件保證了電路能夠實現直流升壓和降壓功能的同時提高了整體系統的效率。
[0005]本發明的另一目的在于提供一種燃料電池DC/DC變換裝置，其中所述全橋直流變換器電路采用功率變壓器實現輸入與輸出的隔離，防止應用的負載電路與燃料電池之間的干擾。
[0006]本發明的另一目的在于提供一種燃料電池DC/DC變換裝置，其中當所述燃料電池輸出電壓足夠高時，所述升壓斬波電路不工作，整個系統由所述全橋直流變換器給負載電路進行電力變換，減少了變換的環節，客服了低功率情況下系統效率低的缺點。
[0007]本發明的另一目的在于提供一種燃料電池DC/DC變換裝置，其中當所述燃料電池輸出電壓低于預定的數值時，所述升壓斬波電路進行升壓調節，使燃料電池工作在欠壓點之上，從而提聞系統的穩定性。
[0008]為達到以上目的，本發明提供一種燃料電池DC/DC變換裝置，其包括用于實現升壓的升壓斬波電路，以及實現隔離和降壓的全橋直流變換器，所述升壓斬波電路的輸入端連接于燃料電池，輸出端連接于所述全橋直流變換器，所述全橋直流變換器的輸出端連接于負載電路，當所述燃料電池的輸出電壓在所述燃料電池的開路電壓與一預設值Vrl之間時，所述升壓斬波電路停止工作，由所述全橋直流變換器給所述負載電路進行電力變換，當所述燃料電池的輸出電壓小于所述預設值Vrl時，所述升壓斬波電路將所述升壓斬波電路的輸出電壓提高至所述預設值。
[0009]根據本發明的一個實施例，所述燃料電池DC/DC變換裝置還包括用于檢測所述燃料電池輸出電壓以及所述升壓斬波電路的輸出電壓的第一檢測電路，以及用于檢測所述燃料電池DC/DC變換裝置的輸出電壓和電流的第二檢測電路，以及控制器，所述控制器分析處理所述第一檢測電路以及所述第二檢測電路檢測到的數據并控制所述升壓斬波電路以及所述全橋直流變換器的操作。
[0010]根據本發明的一個實施例，所述第一檢測電路包括用于檢測所述燃料電池輸出電壓的第一電壓檢測電路，以及用于檢測所述升壓斬波電路的輸出電壓的第二電壓檢測電路，所述第一電壓檢測電路的一端連接于所述燃料電池與所述升壓斬波電路之間，另一端與所述控制器連接，所述第二電壓檢測電路一端連接于所述升壓斬波電路與所述全橋直流變換器，另一端與所述控制器連接。
[0011]根據本發明的一個實施例，所述第二檢測電路包括檢測所述燃料電池DC/DC變換裝置的輸出電流的電流檢測電路，以及用于檢測所述燃料電池DC/DC變換裝置的輸出電壓的第三電壓檢測電路，所述電流檢測電路一端連接于所述全橋直流變換器與所述負載電路之間，另一端與所述控制器連接，所述第三電壓檢測電路一端連接于所述全橋直流變換器與所述負載電路之間，另一端連接于所述控制器。
[0012]根據本發明的一個實施例，所述控制器包括控制芯片，以及用于對所述升壓斬波電路和所述全橋直流變換器中的場效應管控制信號進行驅動隔離的脈寬調制驅動隔離電路，所述控制芯片與所述第一檢測電路和所述第二檢測電路連接，以計算出所述升壓斬波電路和所述全橋直流變換器中的場效應管控制的開關時間，并將信號傳給所述脈寬調制驅動隔離電路，所述脈寬調制驅動隔離電路將招收到的所述信號進行隔離變換。
[0013]根據本發明的一個實施例，所述升壓斬波電路包括儲能電感，防反二極管，場效應開關管和濾波電容，所述的儲能電感一端與所述燃料電池連接，另外一端連接在所述場效應開關管的漏極與所述防反二極管的陽極之間，所述防反二極管的陰極連接在所述濾波電容的正極與所述全橋直流變換器的輸入端之間，所述場效應開關管的門極與所述脈寬調制驅動隔離電路連接，所述場效應開關管的源極連接在所述燃料電池與所述濾波電容的負極之間，所述濾波電容的負極與所述全橋直流變換器連接。
[0014]根據本發明的一個實施例，所述全橋直流變換器包括可操作地連接的場效應管，隔直電容，功率變壓器，半橋整流二極管，濾波電感，濾波電阻，以及濾波電容。
[0015]根據本發明的一個實施例，所述全橋直流變換器的所述場效應管包括第一場效應管、第二場效應管、第三場效應管和第四場效應管，所述半橋整流二極管包括第一半橋整流二極管、第二半橋整流二極管、第三半橋整流二極管和第四半橋整流二極管，所述濾波電感包括第一濾波電感以及第二濾波電感，所述的第二場效應管的漏極位于所述升壓斬波電路的濾波電容的正極與所述第一場效應管的漏極之間，所述第二場效應管的源極位于所述隔直電容與所述第三場效應管的漏極之間，所述第二場效應管的源極位于所述功率變壓器的第一腳與所述第四場效應管的漏極之間，所述第三場效應管源極位于所述升壓斬波電路的濾波電容的負極與所述第四場效應管的源極之間，所述隔直電容一端位于所述第一場效應管的源極與所述第三場效應管的漏極之間，另外一端與所述功率變壓器第二腳連接，所述第一半橋整流二極管的陰極與所述功率變壓器第十腳連接，陽極位于所述第二半橋整流二極管的陽極與所述第二濾波電感之間，所述第二半橋整流二極管的陰極與所述功率變壓器第七腳連接，所述第三半橋整流二極管的陰極與所述功率變壓器第六腳連接，陽極位于所述第四半橋整流二極管的陽極與所述第一濾波電感之間，所述第四半橋整流二極管的陰極與所述功率變壓器第三腳連接，所述第二濾波電感一端位于所述第一半橋整流二極管的陽極與所述第二半橋整流二極管的陽極之間，另外一端位于所述第一濾波電感與所述全橋直流變換器的所述濾波電容的負極之間，所述濾波電阻的一端位于所述第一濾波電感與所述全橋直流變換器的所述濾波電容負極之間，另外一端位于所述全橋直流變換器的所述濾波電容與所述功率變壓器第四腳之間，所述功率變壓器第四腳位于所述功率變壓器第五腳與所述全橋直流變換器的所述濾波電容正極之間，所述功率變壓器第八腳位于所述功率變壓器第九腳與所述全橋直流變換器的所述濾波電容的正極之間。
[0016]根據本發明的一個實施例，當燃料電池的輸出電壓小于預設定值Vr2時，DC/DC變換裝置將減小輸出使燃料電池的電壓不低于預設定值Vr2。。
[0017]根據本發明的一個實施例，所述預設值Vrl在42?50V之間，所述的預設值Vr2在26?30V之間，所述的最低工作電壓Vr3在23?25V之間。。
[0018]本發明還提供一種燃料電池DC/DC變換裝置的控制方法，所述燃料電池DC/DC變換裝置包括用于實現升壓的升壓斬波電路，以及實現隔離和降壓的全橋直流變換器，所述方法包括如下步驟:
[0019](a)當檢測到所述燃料電池的輸出電壓Ve在所述燃料電池的開路電壓與一預設值Vrl之間時，所述升壓斬波電路停止工作，由所述全橋直流變換器給所述負載電路進行電力變換；以及
[0020](b)當檢測到所述燃料電池的輸出電壓Ve小于所述預設值Vrl時，所述升壓斬波電路將所述升壓斬波電路的輸出電壓提高至所述預設值。
[0021]根據本發明的一個實施例，在上述控制方法中，所述全橋直流變換器包括可操作地連接的場效應管，隔直電容，功率變壓器，半橋整流二極管，濾波電感，濾波電阻，以及濾波電容，所述全橋直流變換器的所述場效應管包括第一場效應管、第二場效應管、第三場效應管和第四場效應管，所述半橋整流二極管包括第一半橋整流二極管、第二半橋整流二極