[发明专利]一种交错并联双向DC-DC变流器及其控制方法

权利要求书

1.一种交错并联双向DC-DC变流器，其特征在于，包括直流储能电源U_b、电感L₁、电感L₂、开关电容C₁、直流母线电容C₀和四个开关器件T₁、T₂、T₃、T₄；所述四个开关器件T₁、T₂、T₃、T₄分别和对应的二极管D_i1、D_i2、D_i3、D_i4反向并联，U_b的正极连接L₁和L₂的一端，L₁的另一端连接T₃的集电极，L₂的另一端连接T₁的集电极，T₃和T₁的发射极均连接U_b的负极，T₂的发射极连接L₁的另一端和T₃的集电极，C₁的一端连接L₂的另一端和T₁的集电极，T₄的发射极连接T₂的集电极和C₁的另一端，C₀的一端连接T₄的集电极，另一端连接U_b的负极，C₀的两端并联负载R。

2.根据权利要求1所述的交错并联双向DC-DC变流器，其特征在于，所述四个开关器件T₁、T₂、T₃、T₄均为绝缘栅双极型晶体管。

3.一种交错并联双向DC-DC变流器的控制方法，所述控制方法使用权利要求1-2中任一项所述的交错并联双向DC-DC变流器来实现，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

S1、将给定直流母线电压U_ref与采集的直流母线电压U_out的比较值作为电压外环输入，经PI调节器并平分为两路，分别输出L₁给定电流i_L1-ref和L₂给定电流i_L2-ref；

S2、将采集的L₁电流作为L₁反馈电流i_L1-loop，L₁给定电流i_L1-ref与L₁反馈电流i_L1-loop的比较值经PI调节器和函数G_id(s)控制后输出L₁电流i_L1；将采集的L₂电流作为L₂反馈电流i_L2-loop，L₂给定电流i_L2-ref与L₂反馈电流i_L2-loop的比较值经PI调节器和函数G_id(s)控制后输出L₂电流i_L2；

S3、将i_L1与i_L2相加得到的总电流，经函数G_vi(s)控制后输出直流母线电压U_out；

其中，G_id(s)为电感电流对占空比的传递函数，G_vi(s)为输出直流母线电压对输入总电流的传递函数；

所述的交错并联双向DC-DC变流器可工作在升压boost和降压buck两种模式下，两种模式下两个传递函数分别如下：

升压boost模式下：

降压buck模式下：

其中，D'＝1-D，D为占空比，U_out为输出端直流母线电压，C₀为直流母线电容值，R为负载电阻值，C_d为输入侧电池电容值，R_b为输入侧电阻值，L为电感值。

4.根据权利要求3所述的交错并联双向DC-DC变流器的控制方法，其特征在于，所述的升压boost和降压buck两种模式，包括：

S4、升压boost模式：变流器处在升压状态，直流储能电源U_b放电，负载R两端电压升高，开关器件T₁、T₃和二极管D_i2、D_i4工作；

S5、降压buck模式：变流器处在降压状态，直流储能电源U_b充电，负载R两端电压降低，开关器件T₂、T₄和二极管D_i1、D_i3工作；

所述双向DC-DC变流器的升压boost模式，在每个开关周期内有四个工作模态：

S4.1、开关器件T₁、T₃导通，二极管D_i2、D_i4关断，直流储能电源U_b对电感L₁、L₂充电，电感电流i_L1、i_L2逐渐增大，开关电容C₁上电压保持，直流母线电容C₀单独给负载R供电，此时电感电压为：

S4.2、开关器件T₁与二极管D_i2导通，开关器件T₃与二极管D_i4关断，直流储能电源U_b对电感L₂充电，电感电流i_L2增大，而电感L₁为开关电容C₁充电，电感电流i_L1减小，电容电压U_c1增大，直流母线电容C₀单独给负载R供电，此时电感电压为：

S4.3、工作状态与模态S4.1相同；

S4.4、开关器件T₃与二极管D_i4导通，开关器件T₁与二极管D_i2关断，直流储能电源U_b对电感L₁持续充电，电感电流i_L1增大，而电感L₂和开关电容C₁一起对直流母线电容C₀充电，并对负载供电，电感电流i_L2和电容电压U_c1减小，输出端直流母线电压U_out增大，此时电感电压为：

所述双向DC-DC变流器的降压buck模式，在每个开关周期内有四个工作模态：

S5.1、开关器件T₂、T₄关断，二极管D_i1、D_i3导通，D_i1、L₂、U_b形成回路，电感L₁、L₂对直流储能电源U_b充电，电感电流i_L1、i_L2逐渐减小，开关电容C₁上电压保持，此时电感电压为：

S5.2、开关器件T₂与二极管D_i1导通，开关器件T₄与二极管D_i3关断，电感L₂对直流储能电源U_b充电，电感电流i_L2减小，而开关电容C₁对电感L₁充电，电感电流i_L1增大，电容电压U_c1减小；此时电感电压为：

S5.3、工作状态与模态S5.1相同

S5.4、开关器件T₄与二极管D_i3导通，开关器件T₂与二极管D_i1关断，电感L₁对直流储能电源U_b充电，电感电流i_L1减小，而负载R侧能量对电感L₂和开关电容C₁充电，电感电流i_L2和电容电压U_c1增大，负载R侧能量即直流母线电压U_out减小，此时电感电压为：