双向DCDC三重化控制技术研究

杜运招 王振波

摘 要：传统能源因不够清洁、利用率低等原因使得人们把目光放在了新能源的发展上， 能源利用问题已成为21世纪的热点问题。随着新能源的迅猛发展，双向DC/DC变换器作为储能系统的关键部分， 对新能源的发展有着重要作用。受器件工艺技术的限制，单个双向DC/DC变换器已经难以满足大功率设备的需求， 故多重化交错并联双向DC/DC变换器成为研究热点。多重化双向DC/DC变换器的研究对变换器功率的提升以及电能质量的优化有着重要的意义，本文以半桥BDC 为基本构建三重化BDC， 并对半桥BDC的工作原理进行了分析。

一、双向DC/DC变换器工作原理

图1-1 半桥式BDC

半桥式BDC有独立工作模式和交替工作模式两种工作方式。

当变换器的工作模式为独时半桥式BDC可以等效为单独的Buck变换器与单独的Boost变换器使用，开关管的状态为一开一闭，本文不再详述。当变换器的工作状态为交替时， S1与S2交替开启， 变换器的工作方式出兩个功率管的功能状态决定， 两个功率管的状态时刻相反， 每个功率管呈周期性导通和关断。变换器的状态由主功率管来决定， 另一个功率管则起到辅助作用。交替导通状态下的变换器会一直处于连续电感电流的状态下而不断续且平滑过渡效果良好。

交替工作模式两个功率管S1与S2 的驱动信号G1和G2 相差180°，作用时间分别为t1=DTs和T-t1=（1-D）Ts。单周期内， iL 的正反变

换取决于

第一状态如图1-2（a）所示，其时间区间为[0， t1]， 此时S1处于工作状态而S2则处于闲置状态， 电感电流iL的方向为负， 二极管D1启动续流功能， 导致电流未流过S1 电感电流由负方向向0 降低。

第二状态如图1-2（b）所示， 其时间区间为[t1，t2]， 在此区间里， 电感电流iL由0变为正向最高值， 而S1由工作状态变为闲置状态。

第三状态如图1-2（c）所示， 其时间区间为[ t2，t3 ]，此时S2处于工作状态而S1 处于闲置状态， 电感电流iL 的方向为正， 经二极管D2 开启续流功能， 电流未流过S2， 电感电流由正方向向0 降低。

第四状态如图1-2（d）所示， 其时间区间为[t3，t4]， 在此区间里， 电感电流由0变为负向最大值， 而S2由工作状态变为闲置状态。

三角波一直都是半桥式BDC转换在交替方式下的电感电流， 不受其他因素影响， 更不会出现断续 的现象。

二、三重化斩波技术

通过多重化斩波技术搭建而成的多重化双向变换器能够使每相电感电流的纹波抵消一部分，使得总的纹波大大减小。

图2-1给出的是通过多重化斩波技术组建的三重化双向DC/DC变换器的拓扑结构。六个功率管， 每两个一组， 每组两个功率管相位相差180°， 而每组功率管的相位差120°，图2-2 给出的是三路电感电流波形与电感电流总波形。由波形可以看出多重化BDC对降低纹波有明显作用。

三、总结与展望

双向DCDC变换器的控制策略的研宄是一个热点问题，若能将本课题所提三重化双向Buck/Boost 变换器应用在储能系统中， 势必会有更广阔的应用空间。