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Nov 14, 2018

串联谐振双向变换器如何研究?

    华超电力是一家专业研发生产串联谐振的厂家,本公司生产的串联谐振设备在行业内都广受好评,以打造具权威的“串联谐振“高压设备供应商而努力。
 
    双向DC/DC变换器是伴随着应用而出现的电能变换技术,随着社会生活和工业生产对于环境保护、节约能源等的需求越来越多,双向DC/DC变换器得到了迅速的发展。由于软开关技术可以提高变换器的工作频率和工作性能,减小变换器的体积和重量,因此近年来人们对双向DC/DC变换器的研究便集中于使用软开关技术来实现变换器的高频化。本文以串联谐振变换器的软开关技术为基础,提出了一种双向DC/DC变换器,通过控制方法的改进实现了能量的双向传递和开关管的软开关。
串联谐振
    直流变换器是开关电源中的一个重要组成部分,被广泛的应用于军事科研、航天卫星、工业生产、家用电器等领域中。随着工业生产和科学技术的发展,在直流不停电电源系统、太阳能光伏独立发电系统、电动汽车电源、航空能源等领域中,对DC/DC变换器的性能要求不断增加,为了减轻系统的体积和重量,节省成本,提高变换器的工作效率,双向DC/DC变换器在这些领域中获得了越来越广泛的应用,引起了国内外专家的广泛关注。由于环境保护和节约能源的要求,人们对双向DC/DC变换器的需求也不断增多,于是不断提出了新的拓扑结构和新的控制方法,双向DC/DC变换器作为电力电子技术中电能变换的一个新分支得到了迅速的发展。
 
    双向DC/DC变换器的原理和应用
 
    双向DC/DC变换器的原理
 
    我们所熟悉的DC/DC变换器多数是单向工作的,这是由于在通常的单向DC/DC变换器(UnidirectionalDC/DCConverter,UDC)中,主功率传输通路上一般都有二极管这个环节,故能量经变换器流动的方向只能是单方向的,即在图中能量只能从V1流动到V2,而不能反向流动。然而对于有些需要能量双向流动的场合(V1和V2可以是直流有源负载或直流电压源,它们的电压极性保持不变,能量在不同时刻可以从V1传输到V2,也可以从V2传输到V1),如果仍使用单向DC/DC变换器,则需要将两个单向DC/DC变换器反向并联,一台单向DC/DC变换器被用来控制能量从V1到V2的流动,另一台反并联的单向DC/DC变换器被用来控制能量从V2到V1的反向流动。这样一来,由于使用了两台DC/DC变换器,总体电路变得复杂化,变换装置的体积较大,利用率和性价比较低,而且由正向工作到反向工作的切换时间比较长。通过研究分析,可以通过合理的拓扑结构和控制方法使用一2个变换器来完成这两个独立的单向变换器的功能,即采用双向DC/DC变换器。
 
    双向DC/DC变换器是指在保持变换器两端的直流电压极性不变的情况下,根据需要通过控制电路调节能量传输的大小和方向的DC/DC变换器。如图1-2所示,双向DC/DC变换器置于直流电源V1和V2之间,控制两者之间的能量传输,其对应的平均输入电流分别为I1和I2。根据实际应用的需要,可以通过双向DC/DC变换器的的控制器控制功率流向:使能量从V1传输到V2,称为正向工作模式(Forward-mode),使能量从V2传输到V1,称为反向工作模式(Backward-mode)。
 
    从电路拓扑上讲,单向DC/DC变换器可简化为含有单向DC/DC基本变换单元的基本原理结构,该基本变换单元由一个有源开关器件和一个二极管构成。而常规的双向DC/DC变换器,可简化为含有双向DC/DC基本变换单元的基本原理结构,该基本变换单元由两个各自并有反并联二极管的有源开关器件构成,这些反并二极管也可以是有源开关器件内的寄生二极管。基本的Boost/Buck双向DC/DC变换器,该变换器有两种基本的工作方式:S1采用PWM工作方式,S2采用与S1互补的方式工作,变换器实际上为一个Boost变换器,能量从V1传输到V2;S2采用PWM工作方式,S1采用与S2互补的方式工作,此时变换器实际上为一个Buck变换器,能量从V2传输到V1。
 
    与传统的采用两套单向DC/DC变换器反向并联来达到能量的双向传输的方案相比,双向DC/DC变换器应用同一个变换器来实现能量的双向流动,使用的总体开关器件数目少,而且可以大大地减小装置体积,节约成本,提高装置的利用率和系统的动态响应速度。而且,在低压大电流场合,一般双向DC/DC变换器更有可能在主电路结构不变的情况下使用同步整流器工作方式,有利于降低开关管的通态损耗(Conductionloss)。

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