[發明專利]基于Z源的雙向DC-DC變換器的控制方法

有效

• 申請號: 201510037888.0
• 申請日: 2015-01-26
• 公開（公告）號: CN104518659A
• 公開（公告）日: 2015-04-15
• 發明（設計）人: 張濤;劉帥;查亞兵;雷洪濤;劉亞杰;王銳
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: H02M3/00
• 分類號: H02M3/00
• 代理公司: 國防科技大學專利服務中心 43202
• 代理人: 郭敏

技術領域

本發明屬于雙向大功率DC-DC變換領域，尤其是基于Z源的大功率DC-DC變換器的控制方法。

背景技術

雙向大功率DC-DC變換器在分布式發電、電動汽車、儲能系統、新能源發電等領域具有廣闊的應用前景。

雙有源全橋拓撲結構由于其功率器件電流/電壓應力小，同樣容量的器件傳輸的功率更大，是隔離型大功率雙向DC-DC變換器領域中的首選拓撲結構。

雙有源全橋雙向DC-DC變換器(Dual?Active?Bridge?Bi-directional?Converter，簡稱DABBC)主電路中，原邊有源橋由四個開關功率管構成全橋電路，工作在逆變狀態，其導通和關斷由控制單元發出PWM(Pulse?Width?Modulation，脈沖寬度調制)信號來控制；副邊有源橋由四個功率開關管構成全橋，工作在整流狀態，其導通和關斷由控制單元發出PWM信號來控制。

但DABBC受直流母線電壓的限制，其升壓范圍有限，影響其使用范圍；且其全橋電路的上下橋臂開關管不能同時導通，若因控制失誤或電磁干擾造成上下開關管直通會造成短路，損壞器件，影響DABBC的可靠性。

阻抗源網絡(Z源網絡)，是由浙江大學彭方正教授在《Z源逆變器》中首次提出，Z源網絡是由兩個電感和兩個電容的二端口網絡接成X形，以提供一個阻抗源，將變換器和直流電源或負載耦合在一起；Z源網絡的最大優點是其允許短路，并通過短路提供大范圍的升壓，其升壓比為D為短路占空比，當短路占空比接近于0.5時能獲得理論上的無窮大的升壓比。

在雙有源橋雙向DC-DC變換器的輸入和輸出側均加入Z源網絡，能夠有效的解決雙有源橋DC-DC的升降壓范圍有限和開關管直通的問題，形成一種新型的基于Z源的雙向DC-DC變換器，如文獻《Z源雙向DC-DC變換器及其移相直通控制策略》(中國電機工程學報的2011年第31卷第9期)所公布的基于Z源的雙向DC-DC變換器由主電路、第一檢測單元、第二檢測單元、控制單元組成；主電路由輸入Z源網絡、原邊有源橋、變壓器、副邊有源橋、輸出Z源網絡構成，主電路與第一檢測單元、第二檢測單元、控制單元相連，控制單元輸出8路PWM信號分別控制主電路的原邊有源橋和副邊有源橋的各橋臂開關管的導通和關斷；第一檢測單元和第二檢測單元邏輯結構相同，均由信號檢測電路和信號調理電路組成，第一檢測單元與主電路、控制單元相連，第一檢測單元的信號檢測電路采集主電路的原邊有源橋直流母線輸入電壓V_in、原邊有源橋直流母線輸入電流I_in信號，V_in、I_in信號經信號調理電路調理成控制單元能夠接收的信號，再傳遞給控制單元；第二檢測單元與主電路、控制單元相連，第二檢測單元采集主電路的副邊有源橋直流母線輸出電壓V_out和副邊有源橋直流母線輸出電流I_out信號，V_out、I_out信號經信號調理電路調理成控制單元能夠接收的信號形式，再傳遞給控制單元；一般，控制單元由微處理器(MCU)及其外圍接口電路構成，控制單元與第一檢測單元、第二檢測單元、主電路相連，控制單元從第一檢測單元接收信號V_in、I_in，從第二檢測單元接收信號V_out和I_out；控制單元根據V_in、I_in、V_out和I_out的狀態輸出8路PWM信號(pwm₁₁～pwm₁₄和pwm₂₁～pwm₂₄)控制主電路的原邊有源橋和副邊有源橋的各橋臂開關管的導通和關斷，其中pwm₁₁控制原邊有源橋的左上橋臂開關管，pwm₁₂控制原邊有源橋左下橋臂開關管，pwm₁₃控制原邊有源橋右上橋臂開關管，pwm₁₄控制原邊有源橋右下橋臂開關管，pwm₂₁控制副邊有源橋的左上橋臂開關管，pwm₂₂控制副邊有源橋左下橋臂開關管，pwm₂₃控制副邊有源橋右上橋臂開關管，pwm₂₄控制副邊有源橋右下橋臂開關管；