作者 张钊1 王景芹1 王欢2 陆桂军2 郭永新2 1.河北工业大学 电气工程学院(天津 300130) 2.天津电气科学研讨院有限公司(天津 300180)
张钊(1991-)，男，硕士生，研讨方向：电器牢靠性及检测技能。
摘要：双向DC/DC改换器是依据需求调理能量双向传输的直流到直流的改换器。交织并联技能在大功率、多重化DC/DC改换器运用广泛，能够用较低的开关频率取得较高开关频率的输出作用，能够有用减小改换器的纹波值。本文在单相DC/DC改换器的基础上，规划一种六重交织并联双向DC/DC改换器，能够进步体系的开关频率、下降纹波电流，然后进步电压和电流精度。最终通过仿真及试验剖析结果表明，六重交织并联DC/DC改换器的纹波显着小于单相DC/DC改换器，有利于电能质量的进步，证明了定论的正确性。
导言
DC/DC改换器在直流电机传动、家电及电子设备等方面运用广泛，是一类重要的电源设备。跟着运用规模的不断扩展，功率等级不断进步，DC/DC改换器的输出电流和输出功率也越来越大[1]，这就对功率器材的电压、电流定额提出了更高的要求。
改换器并联运转能够在不添加功率器材功用的前提下进步其输出功率，交织并联技能是大电流DC/DC改换器常常运用的一类并联技能，具有开关电流小，输出电流纹波低，开关损耗小、输出电流纹波小等长处[2-3]。本文在传统的单相DC/DC改换器的基础上，规划了一种开关频率较高的六重交织并联DC/DC改换器，进一步下降电压和电流纹波，然后减小滤波器等无源元件的体积，进步改换器的功率密度。
1 六重交织并联DC/DC改换器的规划
DC/DC改换器包含阻隔型和非阻隔型改换器，阻隔型改换器通常会参加变压器来完成输入输出间的阻隔，本文只评论非阻隔型改换器。DC/DC改换器的电压改换功用是用斩波电路来完成的，最根本的直流斩波电路是降压斩波电路(图1)和升压斩波电路(图2)[4]。
降压斩波电路中，当开关管V注册时，负载电压U0与输入电压Ui相同，当开关管关断时，负载电流经二极管续流，负载电压近似为零，因而，负载电压巨细与开关管注册的时刻长短有关，负载电压与输入电压的联系满意联系式(1)和(2)，即：
而双向DC/DC改换器首要用来完成的功用是能量既能升压又能降压的双向活动。如图3所示，将降压斩波电路和升压斩波电路组合在一起，成为一种电流双向可逆的斩波电路，可完成正向降压形式和反向升压形式[5,6]。该电路中，V1和VD2构成降压电路，V2和VD1构成升压电路，在对V1、V2做PWM调制时要注意设置恰当的死区时刻，避免输入电压直通，损坏功率器材。
图3为根本的双向DC/DC改换器原理图，其输出只要一相，因而也称为单相DC/DC改换器。这类改换器的纹波电压较大，且受制于IGBT器材的生产工艺及本钱，其输出功率难以进步。改换器并联计划能够进步输出功率，且具有牢靠的结构规划、杰出的冗余特性和便于标准化模块规划的长处[7-8]，已在工业现场取得广泛运用，但直接并联不能解决改换器的电压、电活动摇，为此，本文选用交织技能以进步并联后的电压、电流功用。
1.1 六重交织并联DC/DC改换器主回路剖析
在公共直流母线体系中，负载端所需求的电压等级或许存在差异，因而需求用DC/DC改换器来完成电压的改换，满意不同电压等级的需求。本文所选的改换器主电路选用六重并联结构，得到一种新的交织并联DC/DC改换器主回路[9]，如图4所示。
该电路由6个单相DC/DC改换器交织并联而成，每单相改换器包含两个IGBT开关管，能够完成电流的双向活动。输入端接在公共直流母线体系中，负载端能够接不同电压等级需求的直流电机或逆变器，也能够为蓄电池充电。该DC/DC改换器可完成能量从左到右的正向降压形式和能量从右到左的反向升压形式(如电动机的制动运转时向电源反应能量)[9]。
正向降压形式时，每相的上半部分开关管V11坚持翻开状况，下半部分开关管V12坚持关断状况。反向升压形式时，开关管状况与正向时相反，每相的下半部分开关管V12坚持开关状况，上半部分开关管V11坚持关断状况。
1.2 六重交织并联DC/DC改换器作业功用剖析
本文首要剖析该改换器的正向降压形式，其反向升压形式作业方式同理可得。该改换器的正向降压形式是通过操控相应开关管的开关状况来完成的，每相的上半部分开关管V11坚持正常的开关状况，下半部分开关管V12坚持关断状况，其等效电路图如图5所示。因为选用的是交织并联操控，这儿的关键是6个改换器的开关管驱动信号在时刻上要别离相差1/6开关周期，总的输出电流为六个单元输出电流之和，其平均值为单元输出电流平均值的6倍，脉动频率也为6倍。而因为六个单元电流的脉动幅值彼此抵消，使总的输出电流脉动幅值变得很小，从而减小输出电流纹波，进步了电流精度。六重交织并联DC/DC改换器输出的等效开关频率将是单相DC/DC改换器开关频率的6倍。
交织并联改换器和单相改换器比较，输出电压和电流的纹波更小，电能质量更高。在单相改换电路中，流过电感的电流为输入电流值;而在六重交织并联电路中，总的输入电流被均分到六个单元电路中，流过每个电感的电流变为总电流的1/6。当处于功率等级相同的状况时，若流过单相电路电感中的电流为I，则相应的电感储能为：
(4)
相似的，在六重交织并联电路中，6个电感中贮存的总能量则会变为：
(5)
因而，六重交织并联总的电感储能变为单相的1/6，当功率等级不变时，每相改换器能够挑选容量较小的半导体器材，所需滤波电感值也较小。
六重交织并联DC/DC改换器选用的是电流内环和电压外环操控的双闭环操控办法，包含六个电流内环和一个电压外环，为了确保均流[9]，六个电流环都有独自的操控信号，给定电压信号Udc*通过PI调理器进入到电流环，得到的电流信号Idc*通过PI调理器后操控开关管的占空比，从而操控电感电流和电容两头电压，将输出的电感电流作为电流反应信号Iact反应到电流环中，%&&&&&%两头电压作为输出电压反应信号uact反应到电压外环中，电流环和电压环都为负反应调理，如图6所示。
