[发明专利]一种双向DC-DC变换器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子运用领域，尤其涉及一种用于纯电动汽车复合能量的双向DC-DC变换器及其控制方法。

背景技术

随着当前社会的能源、环保等问题的日益突出，电动汽车成为近年来发展迅速的一种新型汽车，是21世纪最具有发展前途的绿色清洁汽车。在现有的技术条件下，动力电池的性能是电动汽车发展的主要瓶颈，而双向直流-直流（DC-DC）变换器可以优化电动机控制、提高电动汽车整体的效率和性能。双向DC-DC不仅可以实现电池与超级电容的配合工作达到功率的最优配置，还可以实现能量的回收，从而实现效率的提高。

在现有技术中，传统的电压型全桥双向DC-DC变换器的拓扑如图1所示。其中L是变换器传输能量的重要元件。其主要工作波形如图2所示，φ为移相角，改变φ的大小，就可以改变传递功率的大小：改变φ的相位，则可以变压器两侧的功率流向。

从上述介绍可以知是L一个固定的值，该值可以根据经验设置，但是L的值不能选的太小，否则变换器的滞后臂的开关动作将不能保证软开关。所以，为了保证滞后臂的软开关电感值必然比较大，但是这样就带来了另一个问题：原边电流上升及复位时间也必然将增大，这导致在一个周期内变换器传输的能量变小，影响变换器的效率。

从图2知道由于U_L1、U_L2之间存在着相位差距，导致了电感的电压U_L会在正负之间变化，且电感电流不能发生突变，所以存在着电感电流与原边侧电压相位相反的阶段，例如：在图中t₀-t₁₁和t₂-t₂₂两个时间段，电感电流与原边侧电压相位相反。这样在功率传输过程中就会使能量回流入电源，我们称为循环能量。循环能量并没有真正传递，只是先由U1或者U2存储在电感L中，然后又传递回U1或者U2中。所以循环能量毫无意义，但是却在流动中产生了损耗。这也会降低了变换器的效率。

发明内容

由于上述两点原因，限制了变换器的效率，所以本发明提出一种双向DC-DC变换器及其控制方法。本发明提出的变换器相比于传统变换器具有更加高的效率。

本发明采用以下技术方案：

一种双向DC-DC变换器的控制方法，所述双向DC-DC变换器包含了输入侧全桥电路和输出侧全桥电路，包括：

当所变压器的原边电流等于非线性电感的临界电流时，所述非电线性电感的电感量发生突变，所述变压器的原边电流变化的斜率增大，所述变压器的原边电流将上升，复位时间减少，增大原边电流变化的斜率；

通过内移相比，使得所述变压器原边侧的电压为零，所述双向DC-DC变换器在循环能量为0。

一种双向DC-DC变换器，包括：输入侧全桥电路、输出侧全桥电路、电感、非线性电感和变压器；其中，所述变压器，用于连接所述输入侧全桥电路和所述输出侧全桥电路，隔离在所述变压器初级侧连接所述电感和所述非线性电感；在变压器的初级侧连接一个电感L以及非线性电感L_S；

当所变压器的原边电流等于非线性电感的临界电流时，所述非电线性电感的电感量发生突变，所述变压器的原边电流变化的斜率增大，所述变压器的原边电流将上升，复位时间减少，增大原边电流变化的斜率。

本发明在上述拓扑结构的基础上采用了双重移相的控制策略，此策略是在传统移相控制的基础上增加了一个内移相比。由于这个内移相的存在使得本来有循环能量的时间段中变压器原边侧的电压为零。这样在这段时间内的循环能量即为零。所以提高了变换器的效率。

综合上述两个技术方案，本发明提出的一种双向DC-DC变换器及其控制方法高效双向DC-DC变换器与传统双向DC-DC在效率上有很大的改善，且其结构及控制都非常简单易于实现。

附图说明

图1为现有技术中的传统电压型全桥双向DC-DC变换器的电路结构；

图2为现有技术中的传统电压型全桥双向DC-DC变换器的主要工作原理波形图；

图3为本发明实施例提出的一种高效率双向DC-DC变换器的电路结构；

图4为本发明实施例提出的一种高效率双向DC-DC变换器的双重移相控制工作原理波形图；

图5为本发明实施例提出的一种高效率双向DC-DC变换器的双重移相控制下变换器的工作模式1和2；

图6为本发明实施例提出的一种高效率双向DC-DC变换器的双重移相控制下变换器的工作模式3和4；