PDF《变换器》

80 期电源学报图1新型交错式双向直流变换器 Fig.1 Novel interleaved鄄type bidirectional DC/DC converter 图2Boost 模式下主要工作波形 Fig.2 Key working waveforms in Boost mode (a)Boost 模式 (b)Buck 模式 压侧采用了

2 个电感交叉并联的结构,而在高压侧 采用了

2 个分压电容交叉串联的连接方式. 两相交 错双向直流变换器在升压转换中具有较高的电压 增益和低输入电流纹波;

在降压转换中,具有较好 的输出降压功能和低输出电流纹波. 文中详细分析 了该变换器的工作原理, 搭建了一台实验样机,验 证了理论分析的可行性. 此外,本文所提变换器具 有输入和输出电流连续、 开关管电压应力小等特 点,在光伏、燃料电池等低压可再生能源发电储能 统中有很好的应用价值.

1 拓扑结构及其工作原理 1.1 拓扑结构 本文研究了一种新型交错式双向直流变换器, 该变换器由低压侧、 双向部分和高压侧

3 部分组 成,可实现 Boost 和Buck 两种工作模式,其电路结 构如图

1 所示. 在升压转换中,开关管 S1 和S2 驱动 信号相位角相差 180°,其占空比大于 0.5;

在降压转 换中,开关管 S3 和S4 驱动信号相位角相差 180°,其 占空比小于 0.5. 1.2 工作原理 1.2.1 Boost 模式 假设电路工作在 CCM 模式下. 开关管 S1 和S2 为主开关管,开关管 S3 和S4 工作在同步整流状态. 在一个开关周期内变换器可以分为

4 个开关状态, 其主要工作波形和各模态等效电路分别如图

2 和图3所示. 1)模态Ⅰ[t0鄄t1] 如图 3(a)所示,在t0 时刻开关管 S

1、S2 导通,S

3、 S4 关断, 低压侧输入电源向电感 L1 和电感 L2 充电, 其电感电流 iL1 、iL2 线性增加,直到 S2 关断,此阶段结 束,进入下一模态. 可推导出电感电压 VL 为L1 diL1 dt = VL (1) L2 diL2 dt = VL (2) 2)模态Ⅱ[t1鄄t2] 由图 3(b)可以看出,开关管 S

1、S4 导通,S

2、S3 关断. L2 储存的能量转移到电容 CH2 中,CH2 的电压 为VCH2 ,iL2 线性降低. 同时电源继续向L1 充电,iL1 线 性增加,则有 L1 diL1 dt = VL (3) L2 diL2 dt = VL-VCH2 (4) iin iL1 L1 CL VCL S1 S2 D1 CH1 S3 D3 VCH1 RH VoH D4 S4 CH2 iL2 L2 D2 VCH2 + - VL iout iL1 L1 CL VCL S1 S2 D1 CH1 S3 D3 VH D4 S4 CH2 iL2 L2 D2 RL VCH1 VCH2 + - VoL Ts DupTs vGS1 vGS2 vGS3 vGS4 iL1 iL2 iin T1 T2 T3 T4 t0 t1 t2 t3 t4 i v t t t t t t t

46 第6期图3Boost 模式下各模态等效电路 Fig.3 Equivalent circuit of each switching mode in Boost mode (a)模态Ⅰ[t0鄄t1]和模态Ⅲ[t2鄄t3] (b)模态Ⅱ[t1鄄t2] (c)模态Ⅳ[t3鄄t4] 3)模态Ⅲ[t2鄄t3] 重复模态Ⅰ的过程,iL1 和iL2 同模态Ⅰ. 4)模态Ⅳ[t3鄄t4] 这一模态的电流流通路径如图 3(c)所示. 在t3 时刻,开关管 S1 关断,S2 维持开通,S3 导通,S4 继续关 断.L1 储存的能量向 CH1 充电,CH1 的电压为 VCH1 ,iL1 线 性降低. 同时电源继续向 L2 充电,iL2 线性增加,则有 L1 diL1 dt = VL-VCH1 (5) L2 diL2 dt = VL (6) 1.2.2 Buck 模式 假设电路工作在 CCM 模式下. S3 和S4 为主开 关管,S1 和S2 处于同步整流状态. 在一个稳定周期 内变换器有

4 个开关模态,其主要工作波形如图

4 所示,各模态等效电路如图

5 所示. 1)模态Ⅰ[t0鄄t1] 在t0 时刻 S

2、S3 导通,S

1、S4 关断. CH1 的储存能 量向 L1 充电,iL1 线性增加. 同时 L2 的能量转移到低 压侧,低压侧输出电压为 VoL,iL2 线性降低,则有 L1 diL1 dt = VCH1 -VoL (7) L2 diL2 dt = -VoL (8) 2)模态Ⅱ[t1鄄t2] 该模态中,开关管 S