[发明专利]DC-DC双向变换器及其控制方法

说明书

本发明涉及一种DC‑DC双向变换器及其控制方法，在电感公共端增加中间电容，使得桥臂中点电压可控，同时控制输出端和中间电容电压，使其保持稳定，解决了在DCDC变换过程中由于电压控制不稳定导致功率开关器件所受电压应力过大，甚至损坏器件的问题，同时，由于中间电容的存在，L1和L3上的电流互相独立，因此输入侧的环路和输出侧的环路可独立控制，大大减少了调制的复杂度，使得两端的调制方式更简单稳定。

技术领域

本发明涉及一种变压技术，特别涉及一种DC-DC双向变换器及其控制方法。

背景技术

直流-直流变换器，简称DCDC变换器，是一种通过升压或降压电路，将直流电压源转换为不同电压等级直流电源的变换器。广泛应用于光伏发电、电池充电器、燃料电池、电动汽车等领域。随着电池电压逐步变高，为适应电池的不同电压输入，出现了可升降压型DCDC的新型拓扑。文献[1]，[2]都提出了相应的拓扑结构，并对开关管逻辑时序及控制方法进行了详细的描述。由于中间电感侧电压不可控，会导致开关管应力偏大。本发明通过双向可升降压型DCDC控制器拓扑的设计，在电感公共端增加中间电容，使得桥臂中点电压可控，同时控制输出端和中间电容电压，使其保持稳定，解决了在DCDC变换过程中由于电压控制不稳定导致功率开关器件所受电压应力过大，增加系统损耗的问题。同时中间电容电压可控后，就可以控制电感电流的大小，通过合理的设计，同样可以减少电感上的损耗，进一步提高效率。增加中间电容后输入侧的环路和输出侧的环路可独立控制，无须考虑开关管复杂的逻辑时序，大大减少了调试难度。

文献[1]黄詹江勇,吴庆彬,连海权.一种DCDC双向变换器的控制方法[P]:中国专利,CN107959417A.2018-04-24。

文献[2]汪昌友，申智.双向DCDC变换电路、储能变流器和充放电控制方法[P]:中国专利，CN111525815A.2020-8-11。

发明内容

针对现在DCDC变换器在DCDC变换过程中由于电压控制不稳定导致功率开关器件所受电压应力过大，影响功率开关器件寿命问题，提出了一种DC-DC双向变换器及其控制方法，通过双向可升降压型DCDC控制器拓扑的设计，在电感公共端增加中间电容，使得桥臂中点电压可控，同时控制输出端和中间电容电压，使其保持稳定，减少开关管电压应力。

本发明的技术方案为：一种DC-DC双向变换器，包括输入输出上下四组桥臂S_xj和与每组桥臂并连的电容C_x，续流电感L_x及中间电容C_n；每组所述桥臂包括2的整数倍个串联的开关管，x为组数，x＝1,2,3,4；j为每组的开关管数；第一、二组桥臂为上下输入端桥臂，第三、四组桥臂为上下输出端桥臂；每组桥臂的两个串联的开关管连接公共端为Px，第一组桥臂的公共端P₁依次通过第一电感L₁与第三电感L₃与第三组桥臂的公共端P₃连接，第二组桥臂的公共端P₂依次通过第二电感L₂和第四电感L₄与第四组桥臂的公共端P₄连接，第一电感L₁与第三电感L₃的串联连接公共端为P_n1，第二电感L₂与第四电感L₄的串联连接公共端为P_n2，所述中间电容C_n跨接在P_n1与P_n2之间。

优选的，所述第一电感L₁与第三电感L₃，第二电感L₂和第四电感L₄，均采用抽头电感。

优选的，所述第一电感L₁与第三电感L₃是两个独立的电感，或是一个抽头电感的两端延伸得到的两个电感。