基于单端正激模型的双向dc-dc变换器研究

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1、基于单端正激模型的双向DC-DC变换器研究时间：2012-09-11来源：作者：摘要：本文对基于单端正激变换器的隔离式双向DC-DC变换器进行了研究，电路结构简洁，可应用于同步整流技术，具有高性能、成本低的优点。经过对其拓扑的分析，给出了各开关管工作时序，对正向和反向的工作原理进行了说明，结合参数设计要求，给出了电路各关键参数的选择方法，为了使变换器能够稳定有效工作，采取正向电压外环电流内环双闭环、反向电压单闭环控制的方式。最后通过试验，充分证明了该变换器的可行性和先进性。叙词：双向变换DC-DC正激参数选型双闭环Abstract：Akindofisolatedbi-di

2、rectionalDC-DCconverterbasedonthesingle-endedforwardconverterhasbeenresearchedinthispaper,whichhastheadvantagesofsimpletopology,lowlossandhighperformance.Thisconvertercanalsobeusedintheconditionofsynchronousrectification.Consideringthecharacteristicsofthecircuit,drivingsignalwaveformsofea

3、chswitchareanalyzed,whiletheworkingprincipleofbothforwardandreversemodeisintroduced.Combiningtherequestsofthesystem,themethodsofchoosingthekeyparametersaregiven.Inordertoensuretheefficiencyanddynamicresponse,voltageandcurrentdual-closeloopcontrolstrategyisadoptedintheforwardconversion,whi

4、lesinglevoltagefeedbackisadoptedinthereversemode.Thecorrectnessandfeasibilityofthisconverterareverifiedthroughsimulationtests.Keyword：Bi-directionalconverter,DC-DC,Forward,Keyparameters,Dual-closeloop1引言双向DC-DC变换器是DC-DC变换器的双象限运行，它的输入电压、输出电压极性不变，输入电流、输出电流的方向可以改变[1]。双向DC-DC变换器的构成和单向直流变换器类似，

5、可通过对单向直流变换器适当的改造来实现。与传统采用两套单向DC-DC变换器来达到能量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控制能量的双向传输，使用的总体器件数目少，且可以更加快速地进行两个方向功率变换的切换。再者，在低压大电流场合，一般双向DC-DC变换器，更有可能在现成的电路上使用同步整流器工作方式，有利于降低通态损耗。总之，双向DC-DC变换器具有高效率、体积小、动态性能好和成本低等优势，现已被广泛应用于UPS系统、航天电源系统、电动汽车驱动及蓄电池充放电等场合[2-3]。本文对基于单端正激变换器拓扑、带同步整流技术的双向DC-DC变换器进行了研究

6、，对其电路结构、工作原理、控制方法进行了分析，在设定实验条件下给出了变换器参数选择方法，最后通过仿真试验，充分证明了设计理论的可行性。2电路结构如图1所示，该变换器由变压器T及其磁复位电路，主开关管Q1、整流管Q2和续流管Q3，输出滤波环节L1、C2等部分组成。该拓扑适用于中、小功率场合，与同等功率等级的常见双向DC-DC变换器相比，该拓扑具有结构简洁、成本低、工作效率高、控制方法简单等特点，在工业应用中有一定的优势。  图1主电路拓扑结构3工作原理为便于分析，可假设负载为可充放电的蓄电池。电路控制能量正向流动时，主开关管Q1进行开关动作，控制传输能量的大小;变压器付边的

7、整流管Q2和续流管Q3轮换投入工作以保证能量的正常传输。当系统输出的负载能量较大时，若任其流过Q2和Q3的体二极管，将产生很大导通损耗，降低系统效率并带来散热等问题。因此，该拓扑采用了同步整流技术，让负载电流通过导通电阻较小的MOS管，以提高装置的工作效率。另外，为防止整流管Q2和续流管Q3同时导通，造成变压器付边绕组的贯穿短路，两管的互补驱动信号还需加入一定的死区时间[4-5]。基于以上两点，能量正向传输时，Q1、Q2和Q3的导通时序可分为如图2所示的4个阶段，电路工作过程可按照这4个阶段分析。  图2Q1、Q2和Q3的驱动