基于Z源的双向DC-DC变换器的控制方法.pdf

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1、说明书基于Z源的双向DC-DC变换器的控制方法技术领域本发明属于双向大功率DC-DC变换领域，尤其是基于Z源的大功率DC-DC变换器的控制方法。背景技术双向大功率DC-DC变换器在分布式发电、电动汽车、储能系统、新能源发电等领域具有广阔的应用前景。双有源全桥拓扑结构由于其功率器件电流/电压应力小，同样容量的器件传输的功率更大，是隔离型大功率双向DC-DC变换器领域中的首选拓扑结构。双有源全桥双向DC-DC变换器(DualActiveBridgeBi-directionalConverter，简称DABBC)主电路中，原边有源桥由四个开关功率管

2、构成全桥电路，工作在逆变状态，其导通和关断由控制单元发出PWM（PulseWidthModulation，脉冲宽度调制）信号来控制；副边有源桥由四个功率开关管构成全桥，工作在整流状态，其导通和关断由控制单元发出PWM信号来控制。但DABBC受直流母线电压的限制，其升压范围有限，影响其使用范围；且其全桥电路的上下桥臂开关管不能同时导通，若因控制失误或电磁干扰造成上下开关管直通会造成短路，损坏器件，影响DABBC的可靠性。阻抗源网络（Z源网络），是由浙江大学彭方正教授在《Z源逆变器》中首次提出，Z源网络是由两个电感和两个电容的二端口网络接成X形，

3、以提供一个阻抗源，将变换器和直流电源或负载耦合在一起；Z源网络的最大优点1说明书1是其允许短路，并通过短路提供大范围的升压，其升压比为，D为短路1−2×D占空比，当短路占空比接近于0.5时能获得理论上的无穷大的升压比。在双有源桥双向DC-DC变换器的输入和输出侧均加入Z源网络，能够有效的解决双有源桥DC-DC的升降压范围有限和开关管直通的问题，形成一种新型的基于Z源的双向DC-DC变换器，如文献《Z源双向DC-DC变换器及其移相直通控制策略》（中国电机工程学报的2011年第31卷第9期）所公布的基于Z源的双向DC-DC变换器由主电路、第一检测

4、单元、第二检测单元、控制单元组成；主电路由输入Z源网络、原边有源桥、变压器、副边有源桥、输出Z源网络构成，主电路与第一检测单元、第二检测单元、控制单元相连，控制单元输出8路PWM信号分别控制主电路的原边有源桥和副边有源桥的各桥臂开关管的导通和关断；第一检测单元和第二检测单元逻辑结构相同，均由信号检测电路和信号调理电路组成，第一检测单元与主电路、控制单元相连，第一检测单元的信号检测电路采集主电路的原边有源桥直流母线输入电压Vin、原边有源桥直流母线输入电流Iin信号，Vin、Iin信号经信号调理电路调理成控制单元能够接收的信号，再传递给控制单元

5、；第二检测单元与主电路、控制单元相连，第二检测单元采集主电路的副边有源桥直流母线输出电压Vout和副边有源桥直流母线输出电流Iout信号，Vout、Iout信号经信号调理电路调理成控制单元能够接收的信号形式，再传递给控制单元；一般，控制单元由微处理器（MCU）及其外围接口电路构成，控制单元与第一检测单元、第二检测单元、主电路相连，控制单元从第一检测单元接收信号Vin、Iin，从第二检2说明书测单元接收信号Vout和Iout；控制单元根据Vin、Iin、Vout和Iout的状态输出8路PWM信号(pwm11～pwm14和pwm21～pwm24)

6、控制主电路的原边有源桥和副边有源桥的各桥臂开关管的导通和关断，其中pwm11控制原边有源桥的左上桥臂开关管，pwm12控制原边有源桥左下桥臂开关管，pwm13控制原边有源桥右上桥臂开关管，pwm14控制原边有源桥右下桥臂开关管，pwm21控制副边有源桥的左上桥臂开关管，pwm22控制副边有源桥左下桥臂开关管，pwm23控制副边有源桥右上桥臂开关管，pwm24控制副边有源桥右下桥臂开关管；文献《Z源双向DC-DC变换器及其移相直通控制策略》公布的控制方法采用原边有源桥自移相结合插入直通零矢量，副边有源桥采用不可控二极管进行同步整流的控制方法；当

7、需要进行升压时增大移相角度并减少直通零矢量角度，当需要进行降压时减小移相角度并增加直通零矢量角度，且针对被控量的不同选择采用电压环、电流环进行控制；该方案兼具双有源桥和Z源网络的优点，实现输入、输出侧电气隔离、输入、输出均具有阻抗特性，宽范围的升降压功能，能够实现能量的双向流动。但文献《Z源双向DC-DC变换器及其移相直通控制策略》公布的控制方法是多输入变量、多输出的控制方法，控制方法模糊且复杂；该方法通过调节原边有源桥的自移相角和插入直通零矢量来调节输出电压和输出电流，而改变移相角和插入直通零矢量均能够影响输出电压和输出电流，各输入、输出相

8、互耦合，未明确描述改变移相角和插入直通零矢量角度两者的相互协同控制和解耦控制的方法。且该方法未涉及到能量正反向流动的切换过程的3说明书控制和短路故障保护控制方法。发