串聯(lián)諧振雙向變換器如何研究？

發(fā)布日期：2018-07-09 19:55 來源：http://skjsoft.cn 點(diǎn)擊：

雙向DC/DC變換器是伴隨著應(yīng)用而出現(xiàn)的電能變換技術(shù)，隨著社會(huì)生活和工業(yè)生產(chǎn)對(duì)于環(huán)境保護(hù)、節(jié)約能源等的需求越來越多，雙向DC/DC變換器得到了迅速的發(fā)展。由于軟開關(guān)技術(shù)可以提高變換器的工作頻率和工作性能，減小變換器的體積和重量，因此近年來人們對(duì)雙向DC/DC變換器的研究便集中于使用軟開關(guān)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)變換器的高頻化。本文以串聯(lián)諧振變換器的軟開關(guān)技術(shù)為基礎(chǔ)，提出了一種雙向DC/DC變換器，通過控制方法的改進(jìn)實(shí)現(xiàn)了能量的雙向傳遞和開關(guān)管的軟開關(guān)。

直流變換器是開關(guān)電源中的一個(gè)重要組成部分，被廣泛的應(yīng)用于軍事科研、航天衛(wèi)星、工業(yè)生產(chǎn)、家用電器等領(lǐng)域中。隨著工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在直流不停電電源系統(tǒng)、太陽能光伏獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)、電動(dòng)汽車電源、航空能源等領(lǐng)域中，對(duì)DC/DC變換器的性能要求不斷增加，為了減輕系統(tǒng)的體積和重量，節(jié)省成本，提高變換器的工作效率，雙向DC/DC變換器在這些領(lǐng)域中獲得了越來越廣泛的應(yīng)用，引起了國內(nèi)外專家的廣泛關(guān)注。由于環(huán)境保護(hù)和節(jié)約能源的要求，人們對(duì)雙向DC/DC變換器的需求也不斷增多，于是不斷提出了新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和新的控制方法，雙向DC/DC變換器作為電力電子技術(shù)中電能變換的一個(gè)新分支得到了迅速的發(fā)展。

雙向DC/DC變換器的原理和應(yīng)用

雙向DC/DC變換器的原理

我們所熟悉的DC/DC變換器多數(shù)是單向工作的，這是由于在通常的單向DC/DC變換器(UnidirectionalDC/DCConverter，UDC)中，主功率傳輸通路上一般都有二極管這個(gè)環(huán)節(jié)，故能量經(jīng)變換器流動(dòng)的方向只能是單方向的，即在圖中能量只能從V1流動(dòng)到V2，而不能反向流動(dòng)。然而對(duì)于有些需要能量雙向流動(dòng)的場合(V1和V2可以是直流有源負(fù)載或直流電壓源，它們的電壓極性保持不變，能量在不同時(shí)刻可以從V1傳輸?shù)絍2，也可以從V2傳輸?shù)絍1)，如果仍使用單向DC/DC變換器，則需要將兩個(gè)單向DC/DC變換器反向并聯(lián)，一臺(tái)單向DC/DC變換器被用來控制能量從V1到V2的流動(dòng)，另一臺(tái)反并聯(lián)的單向DC/DC變換器被用來控制能量從V2到V1的反向流動(dòng)。這樣一來，由于使用了兩臺(tái)DC/DC變換器，總體電路變得復(fù)雜化，變換裝置的體積較大，利用率和性價(jià)比較低，而且由正向工作到反向工作的切換時(shí)間比較長。通過研究分析，可以通過合理的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方法使用一2個(gè)變換器來完成這兩個(gè)獨(dú)立的單向變換器的功能，即采用雙向DC/DC變換器。

雙向DC/DC變換器是指在保持變換器兩端的直流電壓極性不變的情況下，根據(jù)需要通過控制電路調(diào)節(jié)能量傳輸?shù)拇笮『头较虻腄C/DC變換器。如圖1-2所示，雙向DC/DC變換器置于直流電源V1和V2之間，控制兩者之間的能量傳輸，其對(duì)應(yīng)的平均輸入電流分別為I1和I2。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要，可以通過雙向DC/DC變換器的的控制器控制功率流向：使能量從V1傳輸?shù)絍2，稱為正向工作模式(Forward-mode)，使能量從V2傳輸?shù)絍1，稱為反向工作模式(Backward-mode)。

從電路拓?fù)渖现v，單向DC/DC變換器可簡化為含有單向DC/DC基本變換單元的基本原理結(jié)構(gòu)，該基本變換單元由一個(gè)有源開關(guān)器件和一個(gè)二極管構(gòu)成。而常規(guī)的雙向DC/DC變換器，可簡化為含有雙向DC/DC基本變換單元的基本原理結(jié)構(gòu)，該基本變換單元由兩個(gè)各自并有反并聯(lián)二極管的有源開關(guān)器件構(gòu)成，這些反并二極管也可以是有源開關(guān)器件內(nèi)的寄生二極管。基本的Boost/Buck雙向DC/DC變換器，該變換器有兩種基本的工作方式：S1采用PWM工作方式，S2采用與S1互補(bǔ)的方式工作，變換器實(shí)際上為一個(gè)Boost變換器，能量從V1傳輸?shù)絍2；S2采用PWM工作方式，S1采用與S2互補(bǔ)的方式工作，此時(shí)變換器實(shí)際上為一個(gè)Buck變換器，能量從V2傳輸?shù)絍1。

與傳統(tǒng)的采用兩套單向DC/DC變換器反向并聯(lián)來達(dá)到能量的雙向傳輸?shù)姆桨赶啾?，雙向DC/DC變換器應(yīng)用同一個(gè)變換器來實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，使用的總體開關(guān)器件數(shù)目少，而且可以大大地減小裝置體積，節(jié)約成本，提高裝置的利用率和系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。而且，在低壓大電流場合，一般雙向DC/DC變換器更有可能在主電路結(jié)構(gòu)不變的情況下使用同步整流器工作方式，有利于降低開關(guān)管的通態(tài)損耗(Conductionloss)。

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