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多通道双向DC/DC变换器的研究

来源:    作者:    发布时间:2015-05-04 08:31:00    浏览量:

变换器中每个通道的入口都有一个开关管用于控制能量是否可以通过此通道。若需能量流入该通道,则使开关管处于正向导通状态;若需能量流出,则使开关管处于反向导通状态。此时工作原理与同步整流类似,是利用同步整流管导通阻抗低的特性来取代P-N结上的压降,使部分功率MOSFET工作于反向常通或正向关断状态,通过多个功率MOSFET的差模电感不同工作状态相互配合来控制能量的流动方向。

在正向Boost电路中,若变换器处于电感电流连续条件下,屏蔽电感器假设变换器损耗为零,输出电压平均值表达式为:

Uo=Uin/(1-D) (1)

由定义可知,占空比D≤1,D=Ton/(Ton+Toff)。所以Boost电路不同于Buck电路,D不能等于1。在反向Buck电路中,电感电流处于连续工作模式下输出电压表达式为:

Uo=DUin (2)

式(2)中占空比的选取没有特殊限制。在Buck电路中电感在VQ2导通时储能,在开关管截止期间通过同步整流管形成释放回路。Boost电路工作过程中输出需接负载,否则电感的储能就不能消耗掉,会引起输出电压升高,这也是不同于Buck电路的地方。

4 实验结果

根据上述分析,为验证原理的一体成型电感可行性,在实验室制作了一台50 W实验样机。开关管选用IRF540N,其导通电阻为44 mΩ。实验参数为:稳压源输出直流电压范围0~30 V,负载电压范围0~模压电感50 V,最大功率50 W,开关频率20kHz。

将驱动信号占空比取为0.4,为保留同步整流信号与驱动信号的死区时间,同步整流信号占空比也取为0.4。驱动波形如图5a所示。

g.JPG

系统正向工作在Boost状态下时,若输入电压为30 V,负载为50 Ω。此时输入电流为1.7 A,负载电压值为49 V,算得电路效率约为94.2%。负载上输出电压波形如图5b所示。电感电流处于连续状态,其波形如图5c所示。系统反向工作在Buck状态下时,若输入电压为30 V,负载为50 Ω。此时输入电流为0.1 A,负载电压12 V,算得效率约为96%。负载输出电压波形如图5d(上)所示。电感电流处于连续状态,其波形如图5d(下)所示。

5 结论

通过对传统混合动力系统中双向DC/DC变换器结构的改进,这里介绍了一种多通道的双向DC/模压电感器DC变换器。分析了运行原理和控制策略,通过实验样机验证其可行性。该变换器能同时连接多个储能器件和直流母线,简化了传统系统中应用多个双向DC/DC变换器连接储能器件和直流母线的结构。运用同步整流原理并将其推广,利用各个开关管不同状态互相配合,控制能量在变换器中流动方向。在简化结构的同时保证了系统效率。

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