PDF《变换器》

3、S4 关断,S

1、S2 导通,如图 5(b)所示. L

1、L2 的能量转移到低压侧,iL1 、iL2 线性 减小. 当S4 导通时此阶段结束,则有 L1 diL1 dt = -VoL (9) L2 diL2 dt = -VoL (10) 3)模态Ⅲ[t2鄄t3] 如图 5(c)所示,在t2 时刻,开关管 S4 开通,S3 继续关断,S1 维持开通,S2 关断. 电容 CH2 储存的能 量向电感 L2 充电,电感电流 iL2 线性增加. 同时电感 L1 的能量转移到低压侧,电感电流 iL2 减小,则有 L1 diL1 dt = -VoL (11) 图4Buck 模式下主要工作波形 Fig.4 Key working waveforms in Buck mode iin iL1 L1 CL VCL S1 S2 D1 CH1 S3 D3 RH VoH D4 S4 CH2 iL2 L2 D2 + - VL VCH1 VCH2 iin iL1 L1 CL S1 S2 D1 CH1 S3 D3 RH VoH D4 S4 CH2 iL2 L2 D2 + - VL VCL VCH1 VCH2 iin iL1 L1 CL VCL S1 S2 D1 CH1 S3 D3 RH VoH D4 S4 CH2 iL2 L2 D2 + - VL VCH1 VCH2 Ts DdownTs vGS3 iL1 iout T1 T2 T3 T4 v vGS4 vGS1 vGS2 i iL2 t t t t t t t t0 t1 t2 t3 t4 吴贵洋,等:适于可再生能源发电储能系统中的双向直流变换器

47 总第

80 期电源学报(c)模态Ⅲ[t2鄄t3] 图5Buck 模式下各模态等效电路 Fig.5 Equivalent circuit of each switching mode in Buck mode (a)模态Ⅰ[t0鄄t1] (b)模态Ⅱ[t1鄄t2]和模态Ⅳ[t3鄄t4] + - VCH1 VCH2 VoL iout iL1 L1 CL VCL S1 S2 D1 CH1 S3 D3 RL VH D4 S4 CH2 iL2 L2 D2 iout iL L1 CL VCL S1 S2 D1 CH1 S3 D3 RL VH D4 S4 CH2 iL2 L2 D2 + - VoL VCH1 VCH2 iout iL1 L1 CL VCL S1 S2 D1 CH1 S3 D3 RL VH D4 S4 CH2 iL2 L2 D2 + - VoL VCH1 VCH2 L2 diL2 dt = VCH2 -VoL (12) 4)模态Ⅳ[t3鄄t4] 重复模态Ⅱ的过程,iL1 、iL2 同模态Ⅱ.

2 稳态性能分析 2.1 电压增益 2.1.1 Boost 模式电压增益 T1 = T3 = t1-t0 = (Dup-

1 2 )Ts (13) T2 = T4 = t2-t1 = (1-Dup)Ts (14) 根据稳态时电感的伏秒平衡原理,由式(1)、式(3)和式(5)可得

0 = t1 t0 乙VLdt+ t2 t1 乙VLdt+ t3 t2 乙VLdt+ t4 t3 乙(VL-VCH1 )dt (15) 由式(13)、式(14)和式(15)可得 VCH1 =

1 1-Dup VL (16) 同理可得 VCH2 =

1 1-Dup VL (17) 由式(16)和式(17)可得 VoH = VCH1 +VCH2 =

2 1-Dup VL (18) Boost 模式下的电压增益 α 为α=VoH VL =

2 1-Dup (19) 2.1.2 Buck 模式电压增益 T1 = T3 = t1-t0 = DdownTs (20) T2 = T4 = t2-t1 = (

1 2 -Ddown)Ts (21) 根据稳态时电感的伏秒平衡原理,由式(7)、式(9)和式(11)可得

0 = t1 t0 乙(VCH1 -VoL)dt+ t2 t1 乙(-VoL)dt+ t3 t2 乙(-VoL)dt+ t4 t3 乙(-VoL)dt (22) 由式(20)~式(22)可得 VCH1 =

1 Ddown VoL (23) 同理可得 VCH2 =

1 Ddown VoL (24) 由式(23)和式(24)知VH = VCH1 +VCH2 =

2 Ddown VoL (25) Buck 模式下的电压增益 β 为β=VoL VH = Ddown

2 (26) 2.2 电流纹波分析 2.2.1 Boost 模式输入电流纹波分析 ΔiL1 = (T1+T2+T3) L1 VL = Ts L1 DupVL (27) 输入电流为电感 L1 电流与电感 L2 电流之和,

48 第6期(a)开关管 S

1、S2 电压应力 (b)开关管 S

3、S4 电压应力 图6Boost 模式实验波形 Fig.6 Experimental waveforms in Boost mode (c)电感 L

1、L2 电流 (d)电感 L1 电流和输入电流 (e)电容 CH1 电压和输出电压 vS1 vS2 t(10 μs/格) v S

1 (

100 V/ 格)vS2(100 V/ 格)vS3 vS4 t(10 μs/格) v S

3 (

200 V/ 格)vS4(200 V/ 格)t(10 μs/格) iL1 iL2 i L

1 (

2 A/ 格)iL2(2A/ 格)t(10 μs/格) iL1 iin i L

1 (

2 A/ 格)iin (

2 A/ 格)t(10 μs/格) VCH1 VoH V CH

1 (

100 V/ 格)VoH (

200 V/ 格)且在 T1 期间同时线性增加,则有 Δiin = ΔiL1 T1 T1+T2+T3 +ΔiL2 T1 T1+T3+T4 (28) 将式(13)、式(14)和式(27)代入式(28),可得 Δiin = Ts L (2Dup-1)VL (29) 将式(19)代入式(29),可得 Δiin = Ts L (-

4 α +1)VL (30) 2.2.2 Buck 模式输出电流纹波分析 由式(7)和式(23)可知,电感 L1 电压 VL1 为VL1 = VCH1 -VoL = (