[发明专利]一种高性能非隔离双向直流变换器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种高性能非隔离双向直流变换器及其控制方法，其低压直流电源的正极与第一电感的一端、第四电容的正极连接；第一电感的另一端与第一开关管的漏极、第二开关管的源极、第二电容的负极连接；第一开关管的源极与低压直流电源的负极、第四电容的负极、第一电容的负极、第三电容的负极、高压直流电源的负极连接；第二开关管的漏极与第二电感的一端、第一电容的正极连接；第二电容的正极与第二电感的另一端、第三开关管的源极连接；第三开关管的漏极与第三电容的正极、高压直流电源的正极连接；其控制方法为第二开关管的驱动信号与第三开关管的驱动信号相同，与第一开关管的驱动信号互补。

技术领域

本发明属于双向DC/DC变换器技术领域，具体涉及一种高性能非隔离双向直流变换器及其控制方法。

背景技术

双向DC/DC变换器可以充当直流母线和储能装置之间的接口，控制能量流动并提供所需的电压水平，近年来被广泛应用于燃料电池、光伏发电系统、不间断电源和电动汽车等各个领域。双向DC/DC变换器主要分为两大类：隔离型和非隔离型。在不需要电气隔离的应用中，由于非隔离型DC/DC变换器设计和结构简单、损耗低、体积小，因此更具有优势。

双向buck/boost变换器具有较少的无源和有源元件，是结构最简单的非隔离型双向DC/DC变换器。然而，其在boost模式下的升压能力有限。因此，近年来很多学者提出了各种具有高升压能力的双向buck/boost变换器，其大多具有多个电感和电容，因此体积较大，功率密度较低，成本较高。提高开关频率，可以改善功率密度和动态响应，然而开关损耗也随之增加，变换效率下降。引入软开关技术，可以克服这些问题。已有多种软开关高增益非隔离型双向DC/DC变换器。这些拓扑普遍存在以下问题：(1)器件数量较多，结构复杂；(2)部分功率管仍然工作在硬开关状态，效率难以进一步提升；(3)功率管电压应力较高，需要采用高耐压的半导体器件，导致通态损耗较大，成本较高；(4)输入、输出不共地，导致电压采样电路较复杂，还会引起EMI问题。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种高性能非隔离双向直流变换器及其控制方法，该高性能非隔离双向直流变换器结构简单，器件数量较少，成本较低，升/降压能力比较强，所有开关管可实现软开关，变换效率较高，电压应力较低，适用于不间断电源系统、光伏发电系统、燃料电池及电动汽车等场合。

为了实现上述目的，本发明提出的技术方案如下：

一种高性能非隔离双向直流变换器，包括低压侧直流电源U_L、高压侧直流电源U_H、第一电容C₁、第二电容C₂、第三电容C₃、第四电容C₄、第一电感L₁、第二电感L₂、第一开关管S₁、第二开关管S₂、第三开关管S₃；

所述低压侧直流电源U_L的正极与所述第一电感L₁的一端、所述第四电容C₄的正极连接；

所述第一电感L₁的另一端与所述第一开关管S₁的漏极、所述第二开关管S₂的源极、所述第二电容C₂的负极连接；

所述第一开关管S₁的源极与所述低压侧直流电源U_L的负极、所述第四电容C₄的负极、所述第一电容C₁的负极、所述第三电容C₃的负极、所述高压侧直流电源U_H的负极连接；

所述第二开关管S₂的漏极与所述第二电感L₂的一端、所述第一电容C₁的正极连接；