print应用同步整流技术实现双向dc/dc变换

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时间:2018-09-19

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1、应用同步整流技术实现双向DC/DC变换摘要:在Buck同步整流技术的基础上,充分利用其电路的特点,提出了双向直流变换器,并分析了其可行性。针对双向恒压和双向恒流两种控制方式,分析了各自的开关管驱动脉冲要求,并给出了相应控制脉冲的实现方法。通过实验加以验证。关键词:双向;同步整流;恒压;恒流0引言   同步整流技术是近几年研究的热点,主要应用于低压大电流领域,其目的是为了解决续流管的导通损耗问题。采用一般的二极管续流,其导通电阻较大,应用在大电流场合时,损耗很大。用导通电阻非常小的MOS管代替二极

2、管,可以解决损耗问题,但同时对驱动电路提出了更高的要求。   此外,对Buck电路应用同步整流技术,用MOS管代替二极管后,电路从拓扑上整合了Buck和Boost两种变换器,为实现双向DC/DC变换提供了可能。在需要单向升降压且能量可以双向流动的场合,很有应用价值,如应用于混合动力电动汽车时,辅以三相可控全桥电路,可以实现蓄电池的充放电。l工作原理11电路拓扑   双向同步整流电路拓扑如图1所示。当电路工作于正向Buck时,Sw作为主开关管,当Sw导通时,Sw关断,电感L储能;当Sw关断时,SR

3、导通续流,电感L释能给输出负载供电。当电路工作于反向Boost升压电路时,SR作为主开关管,当SR导通时,Sw关断,电感L储能;当SR关断时,Sw导通续流,电感L释能给输出负载供电。1.2参数设计   设置电感L是为了抑制电流脉动,因此其设计依据是电流纹波要求。电容C1主要是为了在Boost电路Sw关断时,维持输出电压恒定,而电容C2主要是为了抑制Buck输出电压脉动,其设计依据是电压纹波要求,因此两个电容的参数设计并不一致。具体算式如下。式中:Vg为Buck电路输入电压;   Vo为Boost

4、电路输入电压;   D为Sw管的占空比:   △Q为对应输出电压纹波的电荷增量;   △Vo为Buck电路输出电压纹波要求;   △Vg为Boost电路输出电压纹波要求;   △lmin为Buck和Boost电路电流纹波要求的较小值;   I为电感电流。1.3双向恒流型控制   1)当电路工作在Buck模式时,被控制的是电感电流,目的是为了维持电感电流恒定。电路参数方程为2)当电路工作在Boost模式时,被控制的是Sw的平均电流,目的是为了维持此平均电流恒定。电路参数方程为   由以上分析可知,

5、电路作正向Buck和反向Boost运行时,被控制的电流都有,则两种电路工作模式都可以将Sw定义为主开关管,控制电路直接对Sw进行控制,SR则采用互补控制。   图2给出了闭环双向恒流控制的系统框图,电流经采样电阻采样,由外部控制脚(Select)控制通道选择器,切换两路被采样信号。采样得到的信号由运放放大,经PID补偿后与三角波比较得到方波信号去控制驱动开关管,从而构成一个闭环的负反馈系统。1.4双向恒压型控制   1)当电路工作在Buck模式时,控制的目的是为了维持输出电压恒定。电路参数方程为

6、   Vo=DVg,      2)当电路工作在Boost模式时,被控制的是电压,控制目的是为了维持电压恒定。电路参数方程为   由以上分析可知,电路作正向Buck和反向Boost运行时,被控制的电压与Sw占空比呈不同的变化逻辑。这就为驱动电路提出了更高的要求。一般的控制驱动芯片不能提供这样的功能。   图3给出了闭环双向恒压控制的系统框图,由外部控制脚(Select)控制通道选择器,切换两路被采样的电压信号。采样得到的信号经分压电阻分压后,再经PI补偿与三角波比较得到方波信号去控制驱动开关管,

7、从而构成一个闭环的负反馈系统。2驱动电路设计2.1单向驱动脉冲的要求   双向直流变换电路的工作原理同传统的Buck及Boost变换器类似,当主开关管导通时,续流管关断,当主开关管关断时,续流管导通工作。所以两管驱动脉动应互补,同时为了防止共通,发生短路而烧毁器件,必须设置死区。2.2双向恒流控制的驱动设计   如图4所示,B脉冲经D脉冲延时所得,其延时时间等于死区时间。互补带延时的两路控制脉冲可由以下逻辑获得,,图5给出了相应的硬件实现电路。  2.3双向恒压控制的驱动设计   当采用恒压型控

8、制时,Buck和Boost电路各自的被控电压随主开关管的占空比D的变换逻辑刚好相反,因此,为了实现双向直流变换,还须增加一个控制脚,以切换两种工作模式下主开关管的定义,实现方法是交换两路控制脉冲,用逻辑电路来实现,逻辑表达式为:     当,电路工作在正向Buck模式;相反,当K=0时,,SR=DB,电路工作在反向Boost模式。根据上面的分析,图6给出了双向恒压控制的控制驱动脉冲实现电路。最后,需要指出的是,采用数字控制,系统更简单,控制更灵活,抗干扰特性强,系统维护也方便,但考虑到单片机或D

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