多重化軟開(kāi)關(guān)雙向DC/DC變換器探究

　電動(dòng)汽車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中，頻繁地加速減速、起動(dòng)制動(dòng)，需要利用雙向DC/DC變換器將電池的電壓升高以獲得穩(wěn)定的直流母線電壓。另外，在電動(dòng)汽車(chē)制動(dòng)時(shí)，需要通過(guò)雙向DC/DC變換器將能量回饋到電池，使其效率提高。
　　參考文獻(xiàn)［1］通過(guò)對(duì)比幾種典型雙向DC/DC變換器發(fā)現(xiàn)，在相同條件下半橋型雙向DC/DC變換器電路元件所承受的電壓電流應(yīng)力較小。基本半橋型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)運(yùn)用在大功率負(fù)載時(shí)，所需開(kāi)關(guān)器件等級(jí)仍然較高、電感較大、體積龐大、能量密度較低。為了減小變換器體積，增大功率等級(jí)，參考文獻(xiàn)［2-3］采用多重化半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，降低了開(kāi)關(guān)管功率等級(jí)，減小所用電感和電壓電流紋波，但開(kāi)關(guān)損耗問(wèn)題仍有待解決。參考文獻(xiàn)［4］采用一個(gè)震蕩電感加二重雙向DC/DC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，運(yùn)用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)提高效率，但增加了一個(gè)電感元件和兩個(gè)開(kāi)關(guān)，導(dǎo)致成本增加。
　　為獲得較高的功率密度，可將變換器設(shè)計(jì)在非連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM），但其紋波較大，故采用多重化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以彌補(bǔ)其缺陷，由此所需電感進(jìn)一步減?。?］。另外，在DCM模式下，主開(kāi)關(guān)關(guān)斷的頻率是其負(fù)載電流頻率的兩倍，開(kāi)關(guān)的關(guān)斷損耗增大，DCM模式使得變換器效率降低［5］。本文采用一種控制型軟開(kāi)關(guān)技術(shù)［6］，不需要額外增加半導(dǎo)體器件，通過(guò)合理控制實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)，從而減小了開(kāi)關(guān)損耗，提高了變換器效率。
　　1 變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制策略
　　1.1 變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及工作原理
　　本文采用的三重交錯(cuò)式雙向DC/DC變換器由三個(gè)典型半橋式雙向DC/DC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)交錯(cuò)并聯(lián)而成，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。
　　
　　三個(gè)基本半橋的導(dǎo)通時(shí)間依次互錯(cuò)1/3周期，且在每個(gè)周期導(dǎo)通時(shí)間相同，因此電感電流也依次互錯(cuò)1/3周期，從而減小總電流的紋波。
　　當(dāng)正向運(yùn)行，即升壓運(yùn)行時(shí)，下部開(kāi)關(guān)Sd1、Sd2、Sd3處于斬波狀態(tài)，為主開(kāi)關(guān)，上部開(kāi)關(guān)Su1、Su2、Su3與同臂下部開(kāi)關(guān)互補(bǔ)，為輔助開(kāi)關(guān)。當(dāng)反向運(yùn)行，即降壓運(yùn)行時(shí)，上部開(kāi)關(guān)與下部開(kāi)關(guān)主輔職能調(diào)換。
　　為了達(dá)到軟開(kāi)關(guān)目的，在實(shí)際運(yùn)行中上下開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)加入的死區(qū)時(shí)間，利用電感電流恒流源作用，使上下開(kāi)關(guān)各自并聯(lián)的小電容能量在死區(qū)時(shí)間內(nèi)得以交換，從而達(dá)到ZCS和ZVS。下面僅以單重半橋型雙向DC/DC變換器拓?fù)浼右哉f(shuō)明。
　　圖1中，iL1為電感L1的電流，規(guī)定如圖1中方向?yàn)檎较颍籆o為濾波電容；FWDu1及FWDd1分別為開(kāi)關(guān)Su1和Sd1反向并聯(lián)的二極管；Cu1、Cd1為兩開(kāi)關(guān)并聯(lián)的小電容。低壓側(cè)Vin由蓄電池或超級(jí)電容供電，高壓側(cè)Vo接電機(jī)等負(fù)載。當(dāng)電機(jī)正向運(yùn)行時(shí)，Sd1為斬波開(kāi)關(guān)，Su1為輔助開(kāi)關(guān)，能量由低壓側(cè)Vin流向高壓側(cè)Vo；當(dāng)電機(jī)發(fā)生制動(dòng)時(shí)，能量反向流動(dòng)，上、下開(kāi)關(guān)職能調(diào)換。現(xiàn)僅以boost工作模式加以說(shuō)明。圖2所示為升壓模式下6個(gè)工作模態(tài)的關(guān)鍵波形。