適用于汽車電源系統(tǒng)的全橋推挽式雙向DC-DC變換器
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
1引言
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/230887.htm隨著諸如電動汽車、混合動力汽車和燃料電池汽車等新能源汽車對電能需求的日益增長，基于超級電容器的儲能系統(tǒng)被越來越多的應(yīng)用于主電源系統(tǒng)的輔助充放電功能。雙向DC-DC變換器可以實現(xiàn)低壓超級電容側(cè)和高壓傳動系統(tǒng)側(cè)之間的電能傳輸，高壓側(cè)包括1個3相變頻系統(tǒng)和主電源，如圖1所示。一般來說，高升壓/降壓比的電功率變換，在拓撲中可以通過一個高頻變壓器來實現(xiàn)。對于低電壓大電流側(cè)來說，廣泛采用同步整流器來減少整流傳導(dǎo)損耗[1]。
圖1基于汽車儲能系統(tǒng)的超級電容器
本文提出了一種結(jié)構(gòu)，將一個高頻變壓器與基于雙向DC-DC變換器的全橋/推挽電路相聯(lián)接，為汽車電源系統(tǒng)提供充放電服務(wù)。它可以在低電壓大電流超級電容側(cè)和高電壓弱電流主電源側(cè)之間進行充放電操作，以上過程通過實驗拓撲系統(tǒng)進行了驗證。此外，本系統(tǒng)還采用同步整流器和無損耗緩沖電容來縮減傳導(dǎo)損耗和電壓/電流浪涌，這些浪涌主要是由二極管恢復(fù)特性和軟開關(guān)操作引起的。
2電路拓撲
雙向DC-DC變換器的拓撲結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖中，Vb和S.C.表示蓄電池組高電壓源和超級電容；高電壓功率傳送系統(tǒng)用電阻R1；高電壓側(cè)的全橋電路（S1/D1到S4/D4）和低電壓側(cè)的推挽電路（S5/D5和S6/D6）通過高頻變壓器T相聯(lián)。當超級電容處于充電模式下，全橋電路就成為一個高頻逆變器。反之，超級電容處于放電模式時，推挽電路成為高頻逆變器。Cr1和Cr2為附加的無損耗電容，起到零電壓開關(guān)時的換向作用。
2.1超級電容器充電模式（PWM和移相PWM）
本文討論了兩種型式的超級電容充電模式下的PWM方案?；镜淖儞Q器PWM控制波形如圖3所示。
圖2基于雙向DC-DC變換器的全橋/推挽式電路
圖3超級電容充電模式工作波形（基本PWM控制波形）
超級電容充電電流Isc（=IL）由充電占空比Dcharge調(diào)節(jié)。這里，Dcharge可用主開關(guān)S1/S4和S2/S3的導(dǎo)通時間T1來表示：
(1)
如圖3所示，推挽側(cè)的門信號（S5和S6）通過檢測高頻變壓器的次級電壓產(chǎn)生。S5在S2（S3）閉合期間打開，在變壓器次級電壓Vs達到Es時，S5閉合，Es可表示為
（2）
移相PWM控制方案的工作波形如圖4所示。開關(guān)S1和S2，或者S3和S4交錯開啟和閉合，死區(qū)時間間隔td用來在S1和S2導(dǎo)通的瞬間進行ZVS換流。DC-DC變換器的輸出電流Isc可通過延遲S4(S3)或S1(S2))的門脈沖信號來進行調(diào)整，并以ton（ton=DT/2）間隔進行周期變化，此所謂移相PWM控制。
(3)
圖4超級電容充電模式工作波形（移相PWM控制）
圖5表示的是同步整流控制電路，由于門信號工作延遲的因素，圖中Es需要進行校準。
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