多通道雙向DC／DC變換器的研究

在正向Boost電路中，若變換器處于電感電流連續(xù)條件下，假設(shè)變換器損耗為零，輸出電壓平均值表達(dá)式為：

Uo=Uin／(1-D) (1)

由定義可知，占空比D≤1，D=Ton／(Ton+Toff)。所以Boost電路不同于Buck電路，D不能等于1。在反向Buck電路中，電感電流處于連續(xù)工作模式下輸出電壓表達(dá)式為：

Uo=DUin (2)

式(2)中占空比的選取沒(méi)有特殊限制。在Buck電路中電感在VQ2導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)能，在開(kāi)關(guān)管截止期間通過(guò)同步整流管形成釋放回路。Boost電路工作過(guò)程中輸出需接負(fù)載，否則電感的儲(chǔ)能就不能消耗掉，會(huì)引起輸出電壓升高，這也是不同于Buck電路的地方。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)上述分析，為驗(yàn)證原理的可行性，在實(shí)驗(yàn)室制作了一臺(tái)50 W實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。開(kāi)關(guān)管選用IRF540N，其導(dǎo)通電阻為44 mΩ。實(shí)驗(yàn)參數(shù)為：穩(wěn)壓源輸出直流電壓范圍0～30 V，負(fù)載電壓范圍0～50 V，最大功率50 W，開(kāi)關(guān)頻率20kHz。

將驅(qū)動(dòng)信號(hào)占空比取為0．4，為保留同步整流信號(hào)與驅(qū)動(dòng)信號(hào)的死區(qū)時(shí)間，同步整流信號(hào)占空比也取為0．4。驅(qū)動(dòng)波形如圖5a所示。

系統(tǒng)正向工作在Boost狀態(tài)下時(shí)，若輸入電壓為30 V，負(fù)載為50 Ω。此時(shí)輸入電流為1．7 A，負(fù)載電壓值為49 V，算得電路效率約為94．2％。負(fù)載上輸出電壓波形如圖5b所示。電感電流處于連續(xù)狀態(tài)，其波形如圖5c所示。系統(tǒng)反向工作在Buck狀態(tài)下時(shí)，若輸入電壓為30 V，負(fù)載為50 Ω。此時(shí)輸入電流為0．1 A，負(fù)載電壓12 V，算得效率約為96％。負(fù)載輸出電壓波形如圖5d(上)所示。電感電流處于連續(xù)狀態(tài)，其波形如圖5d(下)所示。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)混合動(dòng)力系統(tǒng)中雙向DC／DC變換器結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，這里介紹了一種多通道的雙向DC／DC變換器。分析了運(yùn)行原理和控制策略，通過(guò)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)驗(yàn)證其可行性。該變換器能同時(shí)連接多個(gè)儲(chǔ)能器件和直流母線(xiàn)，簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)系統(tǒng)中應(yīng)用多個(gè)雙向DC／DC變換器連接儲(chǔ)能器件和直流母線(xiàn)的結(jié)構(gòu)。運(yùn)用同步整流原理并將其推廣，利用各個(gè)開(kāi)關(guān)管不同狀態(tài)互相配合，控制能量在變換器中流動(dòng)方向。在簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)的同時(shí)保證了系統(tǒng)效率。