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)低壓超級電容側和高壓傳動系統(tǒng)側之間的電能傳輸，高壓側包括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來說，廣泛采用同步整流器來減少整流傳導損耗[1]。
圖1基于汽車儲能系統(tǒng)的超級電容器
本文提出了一種結構，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。它可以在低電壓大電流超級電容側和高電壓弱電流主電源側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損耗和電壓/電流浪涌，這些浪涌主要是由二極管恢復特性和軟開關操作引起的。
2電路拓撲
雙向DC-DC變換器的拓撲結構如圖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；高電壓側的全橋電路（S1/D1到S4/D4）和低電壓側的推挽電路（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調節(jié)。這里，Dcharge可用主開關S1/S4和S2/S3的導通時間T1來表示：
(1)
如圖3所示，推挽側的門信號（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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