高效双向软开关DC-DC转换器

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1、高效双向软开关DC-DC转换器摘要—为了减少双向DC-DC转换器的大小，传统的扑结构采用高频硬开关的操作方法。随着开关频率越来越高，开关损耗明显增加。为了克服这一缺点，通常一个辅助电路使用软开关实现。辅助电路的开关使用硬开关操作。在此论文中推荐使用高效双向DC-DC变换器。建议辅助电路用一个谐振电感和两个电容器。减少自身从开关在零电压开关的开启和关闭状态下运行的损失。推荐的拓扑结构的特主要点不仅是软开关方法易操作，而且结构简单。推荐的双向软开关DC-DC转换器的效率在实验结果中得到验证。关键词—双向转换器，软开关，电动汽车，分布式电源系统，非隔离转换器，零点压开关，高效，谐振网络。

2、Ⅰ.前言由于经济迅速增长和对能源的巨大需求，全球的能源危机已经加剧恶化。为了解决能源问题，像电动汽车和分布式电源系统[1]-[3]这些有利于环境的系统已经在研究。在这些应用中，就像一个电池系统的能量存储系统必须需要保存和使用能源。因此，一个双向DC-DC转换器（BDC）允许两个直流电源之间的电力传输成为电力电子技术的重要课题。BDC分为隔离转换器[4]-[6]和非隔离转换器[7]-[8]。BDC尺寸更小，重量更轻并且效率更高，等等。为了尽量减少BDC的大小，必须提高开关频率。然而，开关频率的增加导致更高的开关损耗。为了解决这个问题，很多软开关技术采用广泛用于在DC-DC变换器的谐振

3、网络。本文提出了一个高效率的双向软开关DC-DC变换器（BSDC）。推荐的转换器是在双向半桥型降压-升压拓扑结构的基础上。与半桥拓扑结构相比，它增加了一个谐振电感、谐振电容和两个并联电容器。推荐的转换器没有额外的开关作为软开关式主开关。推荐的转换器使用谐振电路可以实现所有开关为零点压开关（ZVS）。本文详细介绍BDC的工作原理和理论分析。一个3kW的样机已经实施，并得到了实验结果，以验证所提出的BSDC。Ⅱ.常规转换器半桥类型的BDC如图1所示，是具有双向功率传输。多电平矩阵变换器不会同时运转。当多电平矩阵变换器要提高运行模式时开关主要是开关功能,而当整流器工作在降压式变换电路中时

4、，主要的开关是。图1传统的半桥式类型的BDC这种拓扑结构的缺点是电感电流有很多高峰波纹。缺点是拓扑使用硬开关使效率降低。解决问题的方法如下所示[8]。1)降低损耗减少使用软开关的方法。2)使用附加滤波器的输入和输出。3)减少使用交替的纹波电流技术。4)利用谐振技术。5)使用辅助电路协助开关使用软开关操作作为ZVT转换器。但是这些技术很复杂、昂贵并且难以控制。Ⅲ.推荐的转换器的说明如图2所示，是本文推荐的BSDC。与图1相比，辅助电路由一个谐振电感、两个谐振电容和两个平行电容器组成。通过使用这些组件，开关作为ZVS打开或关闭没有开关损耗。图2推荐BSDC的电路配置推荐的BSDC有两种

5、操作模式。升压模式是BSDC从到传输，并且其他方式（升压模式）就是此BSDC。在升压模式中，开关作为主开关操作，开关则是被作为一个辅助开关。另一方面，在降压模式下，开关S1则是作为主开关，而S2被作为一个辅助开关。当电流流入通过反并联二极管，两个开关都打开。另外，MOSFET的传导损耗小，因为其RDS（ON）低。储存能源的电池或超级电容器作为源。电压源连接到电力电子系统的DC总线，就像电网连接变频器。A.升压操作模式图3理论值电压和电流的升压模式操作如图3所示，在升压模式中的一个开关周期的推荐转换器的关键波形。一个开关周期分为8个阶段。观察电流的波形，和图中的相同。图4则是操作的阶

6、段。图4在升压模式下变换器的等效电路的一个开关周期l模式1（）当开关的门极信号关闭，模式1被激活。当开关关闭，流经开关的启动电流通过，并且在ZVS作为条件期间为关闭状态。由于电流流入通过，电流使开关打开，在模式2下的ZVS条件下。这种模式是第一谐振模式，并提出下列公式。（1）（2）（3）l模式2（）当电压等于，开始模式2。电感电流和谐振电感电流流经反并联二极管。当开关S1接收门信号，通过谐振电感电流下降，得到方程（4）。电流的谐振修订者表示。当电流变为零，此模式完成。（4）l模式3（）当由于通过主电感器的电流使谐振电感电流的方向改变时，使模式3启动。在模式3中，主电感电流逐渐下降，

7、它可以表示为方程（5）。另一方面，谐振电感电流的增加，相应的方程如方程（6）。直到电流和量彼此相等，这种模式才算完成。（5）（6）l模式4（）当主电感电流的总合等于谐振电感的电流时，模式4开始。此模式一直保持，直到的栅极信号被关闭。在这种模式下，当电流流过反并联二极管，开关在ZVS状态下打开。输出电压的确定取决于门信号的条件。方程（7）和方程（8）是和主电感电流和谐振电感电流分别对应的。（7）（8）l模式5（）模式5是第二个谐振模式，并且当开关关闭关闭时，这种模式被激