dcdc直流變換器

1、第一章本章介紹了雙向 DC/DC變換器（Bi-directional DC/DCConverter , BDC的基本原理概 述、研究背景和應(yīng)用前景，并指出了目前雙向直流變換器在應(yīng)用中遇到的主要問題。1.1 雙向DC/DC變換器概述所謂雙向DC/DC變換器就是在保持輸入、輸出電壓極性不變的情況下，根據(jù)具體需要改變電流的方向，實現(xiàn)雙象限運(yùn)行的雙向直流/直流變換器。相比于我們所熟悉的單向DC/DC變換器實現(xiàn)了能量的雙向傳輸。實際上，要實現(xiàn)能量的雙向傳輸，也可以通過將兩臺單向 DC/DC變換器反并聯(lián)連接，由于單向變換器主功率傳輸通路上一般都需要二極管，因此單個 變換器能量的流通方向仍是單向的，且這樣的

2、連接方式會使系統(tǒng)體積和重量龐大，效率低下，且成本高。所以，最好的方式就是通過一臺變換器來實現(xiàn)能量的雙向流動，BDCM是通過將單向開關(guān)和二極管改為雙向開關(guān)，再加上合理的控制來實現(xiàn)能量的雙向流動。1.2 雙向直流變換器的研究背景在20世紀(jì)80年代初期，由于人造衛(wèi)星太陽能電源系統(tǒng)的體積和重量很大，美國學(xué)者提出了用雙向Buck/Boost直流變換器來代替原有的充、放電器，從而實現(xiàn)匯流條電壓的穩(wěn)定。之后，發(fā)表了大量文章對人造衛(wèi)星應(yīng)用蓄電池調(diào)節(jié)器進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并應(yīng)用到了實體中。1994年，香港大學(xué)陳清泉教授將雙向直流變換器應(yīng)用到了電動車上，同年，F(xiàn).Caricchi等教授研制成功了用 20kW水冷式雙

3、向直流變換器應(yīng)用到電動車驅(qū)動，由于雙向直流變換器 的輸入輸出電壓極性相反，不適合于電動車，所以他提出了一種Buck-Boost級聯(lián)型雙向直流變換器，其輸入輸出的負(fù)端共用。1998年，美國弗吉尼亞大學(xué)李澤元教授開始研究雙向直流變換器在燃料電池上的配套應(yīng)用。可見，航天電源和電動車輛的技術(shù)更新對雙向直流變換器的發(fā)展應(yīng)用具有很大的推動力，而開關(guān)直流變換器技術(shù)為雙向DC/DC變換器的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1994年，澳大利亞 Felix A.Himmelstoss發(fā)表論文，總結(jié)出了不隔離雙向直流變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。他是在單管直流變換器的開關(guān)管上反并聯(lián)二極管，在二極管上反并聯(lián)開關(guān)管， 從而構(gòu)成四種不隔離的雙向直流

4、變換器：Buck-Boost、Buck/Boost、Cuk和Sepi-Zeta 雙向直流變換器。隔離式雙向直流變換器有正激、反激、推挽和橋式等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。反激式變換器是基于 Buck/Boost直流變換器設(shè)計的，電路結(jié)構(gòu)對稱，相比之下更易于 構(gòu)成雙向直流變換器。但普通的反激式變換器容易產(chǎn)生電壓尖峰和振蕩，2001年陳剛博士提出了有源嵌位雙向反激式直流變換器，有效的消除了電壓尖峰和振蕩，并且實現(xiàn)了開關(guān)管的零電流開關(guān)，減少了開關(guān)器件的電壓應(yīng)力。推挽式變換器也具有對稱的電路結(jié)構(gòu)，且結(jié)構(gòu)簡單，但存在變壓器的偏磁和漏感， 從而限制了變換器的應(yīng)用。 所以有學(xué)者提出，在輸入輸出電壓相差較大的場合， 可以應(yīng)用由

5、推挽 變換器和半橋變換器組成的混合式變換器。橋式直流變換器有兩類電路：一種是雙有源橋式變換器，電路結(jié)構(gòu)對稱，通過控制相位角來控制兩直流電源間能量傳輸?shù)姆较蚝痛笮?；另一種是由電壓源型橋式直流變換器和電流源型直流變換器構(gòu)成，且這兩種電路都具有軟開關(guān)特性。1.3 雙向直流變換器的應(yīng)用前景雙向DC/DC變換器主要應(yīng)用在：電動汽車、太陽能電池陣、不停電電源（ UPS、分布式 電站等方面。1.3.1 在電動汽車中的應(yīng)用近年來，考慮到環(huán)境污染和能源安全等方面，電動汽車的研究得到了飛速的發(fā)展。電動汽車包括純電動汽車、 混合動力車和燃料電池電動汽車三大類。雙向DC/DC變換器是應(yīng)用到電動汽車的一項重要技術(shù)。目前

6、，蓄電池電動汽車技術(shù)已經(jīng)有了較成熟的發(fā)展，但由于蓄電池可靠性差且儲能小，電動和內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動相結(jié)合的混合車輛的研究已經(jīng)成為了我國一些企業(yè) 和科研院所的發(fā)展重點。混合電動車由無刷直流發(fā)電機(jī)、 逆變器與驅(qū)動用交流電動機(jī)和蓄電池與雙向直流變換等 三部分組成。其工作過程是：啟動發(fā)動機(jī)，蓄電池通過雙向直流變換器向無刷直流電機(jī)供電， 無刷直流電機(jī)驅(qū)動發(fā)動機(jī)使其啟動，作為電動機(jī)運(yùn)行。 發(fā)動機(jī)正常工作后， 傳動發(fā)電機(jī)發(fā)出直流電，發(fā)電機(jī)的電能一方面給電池充電，另一方面給逆變器供電，使交流電動機(jī)工作，驅(qū) 動車輛。電動車加速時， 發(fā)電機(jī)和蓄電池同時向逆變器供電，交流電動機(jī)輸出功率加大。車輛下坡或制動時，電動機(jī)轉(zhuǎn)為再生制

7、動狀態(tài)，逆變器將電動機(jī)能量返回，通過雙向直流變換器回到蓄電池。燃料電池具有能量密度高、能量轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點，是將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，它是未來電動車的首選能源。 在燃料電池供電的電動車系統(tǒng)中，由蓄電池提供壓縮機(jī)電機(jī)的驅(qū)動能量，從而建立燃料電池電壓，給其創(chuàng)造了啟動條件。正常運(yùn)行時，壓縮機(jī)電機(jī)的能量由燃料電池來提供，系統(tǒng)中逆變器帶動的驅(qū)動電機(jī)的能量回饋到蓄電池中，同時，燃料電池給蓄電池充電。其原理圖如下圖所示：1.3.2 在太陽能電池陣系統(tǒng)中的應(yīng)用所有利用太陽能電源的航天器， 都需要能量存儲系統(tǒng)，該系統(tǒng)和太陽能電池陣組合起來， 構(gòu)成組合供電系統(tǒng)。比較典型的是太陽能-蓄電池供電系統(tǒng)，主要有峰值功率

8、跟蹤系統(tǒng)和直接能量傳送系統(tǒng)。雙向直流變換器起到了集蓄電池充放電為一體的作用，大大減小了體統(tǒng)的體積和重量。1.3.3 在不停電電源（UPS中的應(yīng)用原理：在不停電電源系統(tǒng)中，有一個充電單元給蓄電池充電，在充電單元異常掉電時,控制器通過檢測電壓和電流立即做出反應(yīng), 定時間段內(nèi)保證直流總線電壓的恒定， 這個系統(tǒng)中的充放電單元就可以用雙向用蓄電池通過放電單元來提供負(fù)載能量， 并在一使外界的變化不會影響到對直流負(fù)載的連續(xù)供電。 而 DC/DC變換器來代替。AC/DC變換器控制器蓄電池雙向DC/D囁換器在USP中采用雙向DC/DC變換器可以起到以下的作用：1、中間變換、升降壓，方便選配蓄電池；2、將電池充放

9、電工作隔離開；3、優(yōu)化充放電過程，提高充放電過程和蓄電池使用壽命；4、允許蓄電池和直流母線相互隔離，保證安全。1.3.4 在分布式電站方面的應(yīng)用【5】分布式發(fā)電系統(tǒng)包括多種新型發(fā)電單元，許多發(fā)電單元輸出為直流電源（燃料電池、太陽能等），同時分布式發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)部能量是多路徑流動，具備雙向功率流動的典型特征，雙 向DC/DC變換器可以在分布式發(fā)電系統(tǒng)發(fā)揮重要作用。1.4 本章小結(jié)本章主要對雙向直流變換器的基本概念、應(yīng)用背景以及發(fā)展前景進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并針對不同的應(yīng)用方向進(jìn)行了系統(tǒng)的描述，指出了目前雙向變換器在發(fā)展過程中所遇到的主要的難題。第二章 雙向DC/D儀換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)本章簡單介紹了單向 DC

10、/DC變換器的基本原理和類型，并根據(jù)雙向DC/DC變換器按照有 無變壓器隔離的分類，對各種典型雙向DC/DC變換器的電路拓?fù)渥隽嗽敿?xì)的介紹。2.1 DC/DC變換器的基本原理與類型2.1.1 DC/DC變換器的基本原理DC/DC變換器即是把直流電壓變換為另一數(shù)值的直流電壓，是開關(guān)電源技術(shù)的一個分支。它是由半導(dǎo)體功率器件作為的開關(guān)管、二極管、電感、電容、負(fù)載和直流電源構(gòu)成的，通過使帶濾波器的負(fù)載電路和直流電壓時而接通、時而關(guān)斷，使得負(fù)載上得到另一個直流電壓。在所有的DC/DC變換器中，Buck和Boost電路是最基本的。2.1.2 DC/DC變換器的類型DC/DC變換器可以由輸入輸出之間是否有變

11、壓器而分為隔離型和非隔離型。非隔離型的主要拓?fù)溆校築uck降壓變換器、Boost升壓變換器、Buck-Boost升降壓變 換器、Cuk變換器、Sepic變換器和Zeta變換器。隔離型的的主要拓?fù)溆校赫?、反激、推挽、半橋、全橋型變換器。(1)非隔離型變換器L01Z：D苛Lout卜面主要介紹最基本的Buck降壓變換器和Boost升壓變換器的工作原理。BUCK當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時，電源通過電感L給電容C充電；當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時，電感L續(xù)流, 逐漸降低，電容上的電流由正逐漸降為零，并變成負(fù)向。進(jìn)而開關(guān)管再次導(dǎo)通，電感上電流增加。BOOST當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時，電源向電感儲能，電感電流增加，負(fù)載由電容供電；當(dāng)開關(guān) 管

12、關(guān)斷時，電感電流減小，電感電勢與輸入電壓疊加，迫使二極管D導(dǎo)通，一起向負(fù)載供電,并同時向電容C充電。t offL*+ ” l t(2)隔離型變換器下面主要介紹反激式變換器的工作原理：它是由電感變壓器 T、功率晶體管 Q二極管D和濾波電容C組成。晶體管受驅(qū)動信號 驅(qū)動，周期的導(dǎo)通與關(guān)斷。當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時， 在理想情況下，輸入電壓全部加在電感變壓器 初級上，變壓器初級感應(yīng)電勢同名端為正，次級同名端也為正，二極管反偏截止，所以電感變壓器此時作為電感運(yùn)行，電源向電感儲能，由輸出電容向負(fù)載供電；當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時，電感能量不能突變，變壓器各線圈感應(yīng)電勢反號，同名端為負(fù)，迫使二極管導(dǎo)通，電感能量逐步轉(zhuǎn)為電場能量

13、向負(fù)載放電和向電容充電。2.2 雙向DC/DC變換器的電路拓?fù)渚w論中已經(jīng)提到，雙向DC/DC變換器是在保持輸入、輸出電壓極性不變的情況下，根據(jù)需要改變電流方向，通過在開關(guān)管上反并聯(lián)二極管、在二極管上反并聯(lián)開關(guān)管再加上適當(dāng)?shù)?控制來實現(xiàn)能量的雙向傳輸?shù)淖儞Q器。它可以根據(jù)有無變壓器隔離分為隔離型和非隔離型。2.2.1 非隔離型雙向DC/DC變換器非隔離型雙向 DC/DC變換器的主要拓?fù)溆校弘p向 Buck-Boost變換器、雙向Buck/Boost 變換器、雙向Cuk變換器和雙向Sepic-Zeta變換器。D2下面主要介紹雙向 Buck-Boost變換器和雙向Buck/Boost變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。雙

14、向Buck-Boost變換器：是由Buck變換器變換而來的，在晶體管Q上反并聯(lián)二極管D,在二極管D上反并聯(lián)晶體管 Q,該電路便是雙向 DC/DC變換器。它可以工作于兩種模式： 降壓模式和升壓模式。當(dāng)能量從M流向V2, Q工作，Q不工彳V1為電源端，則該變換器為Buck變換器；當(dāng)能量從 V2流向V, Q工作，Q不工彳V2作為電源端，則該變換器為Boost變換器。若兩側(cè)都有電源，則能量流動方式取決于兩電源電壓大小和占空比的大小，兩端的電壓極性相同，Vi<w。雙向Buck/Boost變換器：與單向 Buck/Boost變換器拓?fù)洳煌氖牵谠_關(guān)管處反 并聯(lián)二極管，在原二極管處反并聯(lián)開關(guān)管，Q

15、和Q互補(bǔ)方式導(dǎo)通，兩者間應(yīng)設(shè)定死去時間，以避免同時導(dǎo)通，其與 Buck-Boost不同的是：M和V2電壓是反極性的，且其大小任意。2.2.2 隔離型雙向DC/D吸換器隔離型雙向DC/DC變換器是在非隔離型的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的， 相對要復(fù)雜得多，對于變 壓器，穩(wěn)態(tài)時實現(xiàn)磁化和去磁伏秒面積相等是保證其正常工作防止鐵芯磁飽和的關(guān)鍵【9】。一般隔離型雙向 DC/DC變換器常應(yīng)用在電壓傳輸比大、功率高、需要電氣隔離的場合。隔離型雙向DC/DC變換器的主要拓?fù)溆校?雙向反激式、雙向正激式、雙向推挽式、雙向半橋式和雙向全橋式。其主要區(qū)別為【15】：(l)雙向反激式：結(jié)構(gòu)簡單，成本低，適合于小功率應(yīng)用。(2)雙

16、向正激式：是在單管正激式的電路上再串接一個三極管而組成的，對于高壓大功率的開關(guān)電源來說更加安全可靠。(3)雙向推挽式：傳輸功率比雙反激拓?fù)浯螅Y(jié)構(gòu)也比較簡單。但因變壓器漏感引起大的開關(guān)電壓尖峰，開關(guān)管工作條件惡劣，適合中低壓應(yīng)用場合。(4)雙向半橋式：半橋式 DC/DC變換電路適用于輸入電壓比較高的場合，與推挽式變換器相比較，它的輸入變壓器沒有中心抽頭，加工比較簡單。但是對支撐電容的要求高，并且傳遞同樣的功率時，要求功率器件的電流容量大， 適合中功率高壓應(yīng)用。(5)雙向全橋式：全橋變換由于對功率器件的電流/電壓應(yīng)力小，同樣容量的器件傳輸?shù)墓β矢?，開關(guān)管和變壓器的利用率高，是大功率應(yīng)用的首選拓

17、撲結(jié)構(gòu)。卜面主要介紹雙向反激 DC/DC變換器:所謂正激和反激，正激變換器即是變壓器， 反激變換器即是當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時，能量可以存儲于原邊的漏感上。同樣，雙向反激變換器是在單向反激變換器的開關(guān)管上反并聯(lián)二極管，在二極管上反并聯(lián)開關(guān)管，開關(guān)管工作在 PWMT式，互補(bǔ)導(dǎo)通。2.3 DC/DC變換器的拓?fù)溥x擇DC/DC變換器拓?fù)浞倍?，在基本拓?fù)涞幕A(chǔ)上還可以組合形成新的拓?fù)洌b于每種拓?fù)涠加懈髯缘奶攸c，在不同的實驗要求下應(yīng)科學(xué)的選擇拓?fù)?，以下是在選擇拓?fù)鋾r應(yīng)主要考慮的因素：(1)拓?fù)涞膹?fù)雜程度。在實現(xiàn)同樣的實驗要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)選擇簡單，控制方便的拓 撲，可靠性要高。(2)實現(xiàn)的難易程度。有的拓?fù)潆m然性

18、能良好，但對器件的要求過高，要實際的考慮 是否能在市場上采購到等客觀因素。(3)成本。應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟(jì)水平來選擇合適的拓?fù)?，盡量將成本減到最低，通常情況下， 雙向的比單向的成本高，隔離式的比非隔離式的成本高。(4)體積和重量。大多數(shù)情況下，采用變壓器的電路，變壓器所占的體積和重量都很 大。綜合以上分析可見，雙向Buck-Boost電路和雙向 Buck/Boost電路為非隔離式 DC/DC變換器的最基本的拓?fù)?，相對結(jié)構(gòu)簡單，且目前的技術(shù)發(fā)展都已成熟，但這兩者相比之下， 后者基于Buck/Boost升降壓變換器的缺點是，輸入輸出電流為斷續(xù)且紋波很大，在器件選 擇上需要選擇性能好、容量大的濾波電容，成本太

19、大。所以綜合考慮，選擇雙向 Buck-Boost電路為本課題研究的拓?fù)洹?.4本章小結(jié)本章首先簡要介紹了單向 DC/DC變換器的基本原理以及其按照輸入、輸出有無變壓器的分類(隔離式和非隔離式)，對最基本的Buck、Boost變換器和典型的隔離式變換器進(jìn)行了 詳細(xì)的分析，接著著重分析了雙向 DC/DC變換器的拓?fù)?，同樣的按照輸入、輸出有無變壓器 可分為隔離式和非隔離式兩類，其中非隔離式包括Buck-Boost、Buck/Boost、Cuk和Sepic-Zeta ;隔離式包括正激、反激、推挽、半橋、全橋。之后主要對典型的Buck-Boost、Buck/Boost和雙向反激式變換器的拓?fù)溥M(jìn)行了系統(tǒng)的

20、分析。最后綜合各種拓?fù)涞奶攸c考慮，選擇了雙向Buck-Boost電路為本課題研究的拓?fù)?。第三?雙向Buck-Boost的主電路分析及參數(shù)設(shè)計本章主要對選定的雙向 Buck-Boost主電路拓?fù)溥M(jìn)行詳細(xì)的分析，了解具體的工作方式，隨后根據(jù)任務(wù)書上的主要技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行參數(shù)設(shè)計。3.1 雙向Buck-Boost的主電路分析3.1.1 主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作方式雙向Buck-Boost的主電路如圖所示，電路圖中包括兩個開關(guān)管、兩個二極管、一個電 感、兩個電容，兩個電源。其中兩個開關(guān)管互補(bǔ)導(dǎo)通，即 Q開通時Q關(guān)斷，Q開通時Q關(guān) 斷。為了防止兩個開關(guān)管同時導(dǎo)通，應(yīng)通過合理設(shè)計電感 L的大小，制造死區(qū)時間，

21、即使開關(guān)管實現(xiàn)零電壓開通，并避免二極管的反向恢復(fù)問題。D1雙向Buck-Boost電路在一個開關(guān)周期內(nèi)，有三種工作方式：(1) Buck工作方式。即電感電流恒大于零，能量從Vi到V2傳輸,Qi導(dǎo)通，Q截止，電感電流增加，到t=t on, D2續(xù)流導(dǎo)通，Q截止，Q沒有電流通過；(2) Boost工作方式。即電感電流恒小于零，能量從V2到M傳輸，在tonT期間，Q導(dǎo)通，Q截止，電感電流在 V2作用下增加，在t=T時刻，Q截止，Q導(dǎo)通，但Q沒有電流通 過，D續(xù)流導(dǎo)通；(3)交替工作方式。即電感電流有正有負(fù)，1)在to到ti期間，Q導(dǎo)通但不通過電流，從而實現(xiàn)零電壓開通，電流通過 D,期間iL為負(fù)值；2

22、)在ti到ton期間，Q導(dǎo)通并通電流， iL為正值并逐漸增加；3)在ton到t2期間，Q導(dǎo)通但不通過電流，實現(xiàn)零電壓開通，電流通 過D2續(xù)流，i L為正值并逐漸減??；4)在ton到T期間，Q導(dǎo)通并通電流，iL為負(fù)值并逐漸增 加。3.1.2 交替工作方式具體分析由交替工作方式下的電感電流圖可以看出，在一個開關(guān)周期內(nèi)，電感電流為正部分的面ii積等于電感電流為負(fù)部分的面積，iLmax iLmin這表明一個開關(guān)周期內(nèi)，實現(xiàn)了能量的雙向流動且始終保持能量守恒。當(dāng)iLmax , iLmin ,則表明能量是從 V1向V2傳1輸；當(dāng)"詐 "”誣，則表明能量是 從上向V1傳輸。前面提到過Bu

23、ck-Boost雙向直流變換器若兩側(cè)都有電源，則能量的流動方向取決于兩 電源電壓的大小和占空比的大小。下面就來驗證這一結(jié)論：當(dāng)能量從V1流向V2時，其跟電流連續(xù)時的 Buck電路一樣，有V2 = DiV1式中，Di為Q的占空比。當(dāng)能量從V2流向Vi時，其跟電流連續(xù)時的Boost電路一樣，有V22 =1 _d2V1式中，D2為Q的占空比。因兩開關(guān)管互補(bǔ)導(dǎo)通，所以有 口2 =1 一2，代入上式，即可得比較可得，當(dāng)實現(xiàn)能量雙向傳輸時，能量的流動方向決定于兩電源電壓的大小和占空比 的大小。當(dāng)占空比保持不變時，若 Vi<V2,則能量從V2流向Vi;若V>V2,則能量從Vi流向 V3.2主電路

24、開關(guān)管的選擇及其參數(shù)設(shè)計3.2.1 主電路開關(guān)管的選擇功率晶體管是可控的開關(guān)器件。當(dāng)控制信號高電平時，晶體管導(dǎo)通，通過很大電流，但壓降很小，相當(dāng)于是開關(guān)導(dǎo)通；當(dāng)控制信號低電平時，晶體管截止，幾乎不通過電流，承受 很大的電壓，相當(dāng)于是開關(guān)關(guān)斷。功率晶體管分為兩大類： 雙極型功率晶體管（電流控制型）和場控晶體管（電壓控制型）， 場控器件分為：MO甄效應(yīng)晶體管（MOSFET絕緣柵晶體管（IGBT）和MO男制晶閘管（MCT。 在電路中采用哪類晶體管沒有很大的差別，主要是取決于晶體管本身的參數(shù)、特性的限制以及成本等因素。下面就來分析各個器件的特點：（1）功率晶體管：開關(guān)頻率低、驅(qū)動較為困難，市場上逐漸被

25、IGBT和MOSFE所替代。（2）功率場效應(yīng)晶體管（MOSFET）開關(guān)速度快、驅(qū)動方便，導(dǎo)通時阻抗高，因此在電 流較大時的壓降較高，僅適用于小功率裝置。（3）絕緣柵晶體管（IGBT）:開關(guān)速度快、損耗小，具有耐脈沖電流沖擊能力，輸入阻 抗高，適用于低壓、高頻的大功率場合。本實驗擬采用 MOSFE祚為開關(guān)管，下面就是對 MOSFET勺詳細(xì)介紹：MOSFETS通時只有一種極性的載流子參與導(dǎo)電，因而也稱為單極型晶體管，它是通過 改變柵極電壓的大小來改變導(dǎo)電溝道的厚度，從而來控制漏極電流的。 通常在制造時，將襯極和源極短接，并使 EDS=0,o當(dāng)柵極電壓 EGS小于開啟電壓 EHT時，不論電壓極性如何

26、， 兩個PN結(jié)中始終有一個是反向偏置的，漏極電流幾乎為零，此時MOSFE不導(dǎo)通；當(dāng)柵極電壓EGS大于開啟電壓 EHT時，漏源極之間形成溝道，由于溝道的電阻小，故在漏源正電壓 EDS乍用下，電子從源極流向漏極，這就是MOSFET勺正向?qū)щ娞匦浴?.2.2主電路的主要參數(shù)設(shè)計由于雙向Buck-Boost變換器互補(bǔ)工作，分別為 BUC標(biāo)口 BOOST：作模態(tài)，理想情況下， 管子承受的最大壓降及峰值電流均無異，分析主電路的拓?fù)?，由于主電路正常工作是?BUCK模式，因此，器件參數(shù)的選擇應(yīng)以BUC版模型。主要技術(shù)指標(biāo)：輸入電壓：360540V 輸出電壓：240V 輸出功率：12KW 開關(guān)頻率：20Khz

27、 效率：95%(1)由主要技術(shù)指標(biāo)可得:PoUo_ 12000-240-50A240 =4.8-UoU= 0.5(0.44 0.67)(2)儲能電感L的設(shè)計由當(dāng)電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)以后，可以認(rèn)為輸出電壓為常數(shù)，當(dāng)晶體管Q導(dǎo)通時Ui -Uo =La dt當(dāng)負(fù)載電流減少到io min = 0 時 io maxi ,此時最小負(fù)載電流10m1n即為臨界連續(xù)電流1GIC = I 1 I1G omin 2 omax由公式Uiiomax -iomin-Uo =L 一TON二L&*Ton和公式Uo =D*Ui,可得UiTD(1 -D)2LL _UiTD(1-D) 2I即是210m1nU°T(1-D)

28、2Iomin由Iomin =50A,計算得1240 320 1032 502 =60H(3)濾波電容C的設(shè)計由以上分析，易推得電感電流的變換量為UiT iL D(1 D)實際上是電容電流的變化量#C和負(fù)載電流變化量 &o之和。若設(shè)0=0,即全部電感電流變化量等于電容電流的變化量，電容在(TON ' TOFF )_ T時間間隔內(nèi)充電，電容充電的平均電流為Ic:ic; iLUiT4LD(1 - D)電容峰峰值紋波電壓:*KIcdYT"1 -。)Ui8LCfD(1-D)f = 1式中， 八為開關(guān)頻率。由上式得到UiD(1 -D)8Lf 2. ：UC其中，紋波電壓&U

29、c取4%輸出電壓為240V時，&Uc 為 9.6V240 0.5C _6 _ 2 7T6所以 8 60 102010= 625F(4)各參數(shù)定額1)功率管電流定額I G max-1540 3UiT -20 1038L 8 60 10s= 56.25A2)功率管電壓定額U(BR)ceo -1.5 Uimax =1.5 540 =810V3)二極管電流平均值ID =TOF =Io(1D) =25A4)二極管電流有效值IDrma =12dt = I o "TF = 50 父而5 = 35.36 A5)二極管承受電壓UDR 2Uimax =2 540 =1080/ dri max6)

30、周期_11T = =3 = 50 Sf 20 103.3 本章小結(jié)本章首先對Buck-Boost主電路進(jìn)行了分析介紹， 分析了主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作方式，并對交替工作方式進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，其次對實驗用的開關(guān)管進(jìn)行了選擇，選定MOSFETF關(guān)管作為主電路的開關(guān)管，確定了儲能電感L、濾波電容C的參數(shù)，以及根據(jù)給定的實驗技術(shù)指標(biāo)計算出了各參數(shù)定額。第四章 雙向DC/D儀換器的控制研究如何選擇恰當(dāng)?shù)目刂品绞?，因從兩個大方面來考慮， 是選擇電壓控制模式還是電流控制模式，是選擇模擬控制實現(xiàn)還是數(shù)字控制實現(xiàn)。4.1 雙向DC/DC變換器的控制方式從設(shè)計控制系統(tǒng)的方式來看，DC/DC變換器的控制技術(shù)主要分為電

31、壓控制模式和電流控 制模式。(1)電壓控制模式：電壓控制模式是開關(guān)電源技術(shù)中最基本的一種控制方式，屬于單閉 環(huán)反饋控制方式。其原理是：變換器的輸出電壓經(jīng)分壓，與給定值Mef相比較，經(jīng)過電壓調(diào)節(jié)器將電壓誤差放大，生成控制信號， 作用于脈寬調(diào)制電路，將電壓模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)殚_關(guān)管脈沖信號，作 為開關(guān)管的驅(qū)動信號。脈沖寬度信號隨控制信號的改變而改變，從而改變輸出電壓，構(gòu)成單補(bǔ)傳遞函數(shù)(2)電流控制模式：電流控制模式是開關(guān)電源技術(shù)中最常用的一種控制方式，因為其較電壓控制型而言，動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能很較好，而且電壓控制模式對電流沒有控制，因此無法對變換器進(jìn)行功率控制，也不利于變換器的并聯(lián)使用，其可移植性差。【

32、1】屬于電壓電流雙閉環(huán)控制，分內(nèi)環(huán)和外環(huán)，內(nèi)環(huán)為電流負(fù)反饋環(huán)，外環(huán)為電壓負(fù)反饋環(huán)。其原理是：變換器的輸出電壓經(jīng)分壓，與給定值Mef相比較，經(jīng)過電壓調(diào)節(jié)器將電壓誤差放大，從而生成電壓誤差放大信號作為內(nèi)環(huán)電流基準(zhǔn)，電流檢測信號與給定值之間的誤差，經(jīng)過電流調(diào)節(jié)器放大后， 生成控制信號，作用于脈寬調(diào)制電路， 形成占空比D可變的脈沖信 號作用于開關(guān)管上。補(bǔ)傳遞函數(shù)4.2 雙向DC/DC變換器控制系統(tǒng)的實現(xiàn)控制系統(tǒng)的實現(xiàn)有模擬實現(xiàn)和數(shù)字實現(xiàn)兩種。4.2.1 模擬控制的實現(xiàn)模擬控制技術(shù)：特點是動態(tài)響應(yīng)快、易觀測和調(diào)試、無量化誤差且價格低廉。PID調(diào)節(jié)器是模擬控制技術(shù)中常用的， 例如電壓控制型和電流控制型中用

33、到的電壓調(diào)節(jié)器，下面就來詳細(xì)介紹PID調(diào)節(jié)器。PID調(diào)節(jié)器主要分為兩類：單極點-單零點補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和雙極點-雙零點補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)(1)單極點-單零點補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)該補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的特點是：1)低頻段有一個積分環(huán)節(jié)，且穩(wěn)態(tài)誤差為零，因此其直流增益高；2)在控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)的最低級點或是引入一個零點，來將這個極點所引起的相位補(bǔ)償，也就是說這個零點抵消了補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)自身積分環(huán)節(jié)所引起的相位滯后，使其在這一頻段內(nèi)變成了一個反相器，使相位增加90°。3)該補(bǔ)償器的最后一個極點消除ESR電阻引起的零點。(2)雙極點-雙零點補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)該補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的特點是：1)直流處有一個極點，且穩(wěn)態(tài)誤差為零；2)有兩個零點，其相頻對數(shù)特性曲線可以提供 180o的超前相位，如果將補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的這 兩個零點放在重極點的位置，因為重極點可以引起180°的相位滯后，所以這兩個零點可以將其補(bǔ)償。綜上所述，這種補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)可以作為雙重極點控制對象的控制器；3)該補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的第一個極點消除ESR電阻引起的零點，第二個極點用來在高頻段，幅頻特性下降斜率-40dB,具有良好的干擾抑制作用，同時可以保證開環(huán)傳遞函數(shù)有一個較