雙向DCDC三重化控制技術研究

杜運招 王振波

摘 要：傳統能源因不夠清潔、利用率低等原因使得人們把目光放在了新能源的發展上， 能源利用問題已成為21世紀的熱點問題。隨著新能源的迅猛發展，雙向DC/DC變換器作為儲能系統的關鍵部分， 對新能源的發展有著重要作用。受器件工藝技術的限制，單個雙向DC/DC變換器已經難以滿足大功率設備的需求， 故多重化交錯并聯雙向DC/DC變換器成為研究熱點。多重化雙向DC/DC變換器的研究對變換器功率的提升以及電能質量的優化有著重要的意義，本文以半橋BDC 為基本構建三重化BDC， 并對半橋BDC的工作原理進行了分析。

一、雙向DC/DC變換器工作原理

圖1-1 半橋式BDC

半橋式BDC有獨立工作模式和交替工作模式兩種工作方式。

當變換器的工作模式為獨時半橋式BDC可以等效為單獨的Buck變換器與單獨的Boost變換器使用，開關管的狀態為一開一閉，本文不再詳述。當變換器的工作狀態為交替時， S1與S2交替開啟， 變換器的工作方式出兩個功率管的功能狀態決定， 兩個功率管的狀態時刻相反， 每個功率管呈周期性導通和關斷。變換器的狀態由主功率管來決定， 另一個功率管則起到輔助作用。交替導通狀態下的變換器會一直處于連續電感電流的狀態下而不斷續且平滑過渡效果良好。

交替工作模式兩個功率管S1與S2 的驅動信號G1和G2 相差180°，作用時間分別為t1=DTs和T-t1=（1-D）Ts。單周期內， iL 的正反變

換取決于

第一狀態如圖1-2（a）所示，其時間區間為[0， t1]， 此時S1處于工作狀態而S2則處于閑置狀態， 電感電流iL的方向為負， 二極管D1啟動續流功能， 導致電流未流過S1 電感電流由負方向向0 降低。

第二狀態如圖1-2（b）所示， 其時間區間為[t1，t2]， 在此區間里， 電感電流iL由0變為正向最高值， 而S1由工作狀態變為閑置狀態。

第三狀態如圖1-2（c）所示， 其時間區間為[ t2，t3 ]，此時S2處于工作狀態而S1 處于閑置狀態， 電感電流iL 的方向為正， 經二極管D2 開啟續流功能， 電流未流過S2， 電感電流由正方向向0 降低。

第四狀態如圖1-2（d）所示， 其時間區間為[t3，t4]， 在此區間里， 電感電流由0變為負向最大值， 而S2由工作狀態變為閑置狀態。

三角波一直都是半橋式BDC轉換在交替方式下的電感電流， 不受其他因素影響， 更不會出現斷續 的現象。

二、三重化斬波技術

通過多重化斬波技術搭建而成的多重化雙向變換器能夠使每相電感電流的紋波抵消一部分，使得總的紋波大大減小。

圖2-1給出的是通過多重化斬波技術組建的三重化雙向DC/DC變換器的拓撲結構。六個功率管， 每兩個一組， 每組兩個功率管相位相差180°， 而每組功率管的相位差120°，圖2-2 給出的是三路電感電流波形與電感電流總波形。由波形可以看出多重化BDC對降低紋波有明顯作用。

三、總結與展望

雙向DCDC變換器的控制策略的研宄是一個熱點問題，若能將本課題所提三重化雙向Buck/Boost 變換器應用在儲能系統中， 勢必會有更廣闊的應用空間。