多模块并联DCDC变换器均流控制与交错控制毕设论文.docx

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1、中国矿业大学徐海学院本科生毕业设计 姓 名： 张宁 学 号： 22130195 学 院： 中国矿业大学徐海学院 专 业： 电气工程及其自动化 设计题目：多模块并联DC-DC变换器均流控制 与交错控制的数字实现 专 题： 指导教师： 戴鹏 职 称： 教授 2017年3月 徐州中国矿业大学徐海学院毕业设计任务书 专业年级 电气13-1班 学号 22130195 学生姓名 张宁 任务下达日期：2017年1月10日 毕业论文日期：2017年2月28日 至 2017年6月15日 毕业论文题目：多模块并联DC-DC变换器均流控制与交错控制的数字实现毕业论文专题题目： 毕业论文主要内容和要求：1 学习多种基

2、本DC-DC变换器的拓扑结构、掌握其工作原理。2 学习DC-DC变换器的两种控制模式：电压和电流闭环控制模式，并完成仿真。3 掌握多模块交错并联半桥型DC-DC变换器的工作原理、完成系统建模，并完成仿真。针对两相交错并联DC-DC变换器进行仿真与实验分析。4 学习常用的模拟控制器实现的均流控制方法，根据3中的系统建模，运用数字控制器完成两个模块并联运行时的均流控制，比较模拟、数字方法的优劣。5学习TI公司TMS320F28335型DSP的寄存器配置及编程方法；针对多模块均流的方案，在两相并联的DC-DC变换器上进行验证。 指导教师签字： 72郑 重 声 明本人所呈交的毕业设计，是在导师的指导下

3、独立进行研究所取得的成果。所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本毕业设计的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本论文属于原创。本毕业设计的知识产权归属于培养单位。 本人签名： 日期： 中国矿业大学徐海学院毕业设计指导教师评阅书 指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）： 成 绩： 指导教师签字： 年 月 日中国矿业大学徐海学院毕业设计评阅教师评阅

4、书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）： 成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学徐海学院毕业设计答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字： 年 月 日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人： 年 月 日摘 要随着经济的发展和科技的进步，电力电子技术取得了明显的有效发展。功率变换器作为电力电子技术的一个重要组成元件，正朝着模块

5、化、小型化、绿色化和数字化的方向发展。本文首先介绍了几种基本DC-DC变换器的拓扑结构及其工作原理，根据实际中对变换器的性能好、损耗小等的要求，为此选取了电压电流应力最小的非隔离型双向半桥DC-DC变换器作为研究对象，详细介绍了其在升压（Boost）和降压（Buck）不同工作模式下的工作原理。此外，在对比分析几种均流控制方案后，最终确定了与主从控制均流法相一致的DC-DC变换器的电压电流双闭环控制策略；基于MATLAB/Simulink环境，搭建立了两相交错并联双向DC-DC变换器的仿真模型，分别对其在不同工作模式下进行了仿真，采用电压环作外环和电流环作内环双闭环比例积分（PI）控制生成PWM

6、波，得到所需的输出电压电流仿真波形；最后，基于实验室现有的平台，对交错并联电路升压（Boost）工作模式进行了实验验证。根据观察控制电路的波形，证明了交错均流控制时，两相电流峰谷相填，总电流波纹幅值明显减小，控制系统有很好的稳定性和跟随性。关键词：双向DC-DC变换器；半桥；交错并联；均流控制ABSTRACTWith the development of economic and scientific and technological progress, have achieved significant and effective development of power electron

7、ics. Power electronics, power converter as an important component , is moving towards a modular, compact, green and digital direction. Firstly, Introduces the basic DC-DC converter topology and how it works, according to the actual Converter requirements such as performance, low loss, select a minim

8、um voltage and current stresses non-isolated double half bridge DC-DC Converter as the object of study, Introduces in boost converters respectively ( Boost ) And Buck ( Buck ) Under different modes of work. In addition , in contrast to several flow-control options, determined consistent with master-

9、slave control flow of DC-DC converter for voltage and current double closed-loop control strategy based on MATLAB/Simulink environment, and established a two-phase interleaved two-way DC-DC converter simulation models, for their work in different modes are simulated using voltage as the outside ring

10、 and current double closed loop proportional and integral (PI) control generates PWM wave, get the required output voltage and current waveform; Finally, interleaved circuits step-up (Boost) model experiments. Based on waveform of the control circuit, proved that cross-flow control, two-phase curren

11、t peak and Valley fill, the total current ripple amplitude decreases, the control system has very good stability and tracking. Keywords: Double DC-DC Converter; Half bridge; interleaved; flow control目 录1 绪论11.1课题研究背景与意义11.2多模块并联均流控制技术21.2.1均流控制31.2.2交错运行41.3本文研究内容42 几种DC-DC变换器的研究62.1基本DC-DC变换器的拓扑结构及

12、其工作原理62.2双向DC-DC变换器的研究82.2.1双向DC-DC变换器的拓扑选择及应力分析92.2.2不隔离双向半桥DC-DC变换器的拓扑结构及其工作原理102.2.3双向DC-DC变换器的控制模式122.2.4双向DC-DC变换器的控制方法142.3本章小结143 交错并联双向半桥DC-DC变换器的研究153.1两相交错并联双向DC-DC变换器153.1.1降压Buck模式工作原理153.1.1升压Boost模式工作原理173.2两相交错并联双向DC-DC变换器的并联均流183.2.1输出阻抗法183.2.2主从控制法193.2.3平均电流自动均流法203.2.4外加均流控制器均流法2

13、13.3两相交错并联双向DC-DC变换器的控制策略213.4本章小结224 两相交错并联双向DC-DC变换器的仿真分析234.1不均流模式下的仿真分析234.1.1参数设计234.1.2两相交错并联双向DC-DC变换器不均流仿真电路234.1.3两相交错并联双向DC-DC变换器不均流仿真分析254.2均流模式下的仿真分析264.2.1参数设计264.2.2两相交错并联双向DC-DC变换器均流仿真电路274.2.3两相交错并联双向DC-DC变换器均流仿真结果分析284.3本章小节305实验验证315.1实验平台介绍315.1.1开关管及其驱动电路315.1.2 RCD吸收电路335.2实验参数3

14、45.2.1储能电感355.2.2输出电容355.3实验波形355.3.1输出电压波形355.3.2电感电流波形365.4本章小结37结 论38参考文献39翻译部分41英文原文41中文译文53致 谢63中国矿业大学徐海学院2017届本科生毕业设计 1 绪论1.1课题研究背景与意义当今时代，电力电子技术是一门发展十分迅猛的技术。其中，电力电子器件的发展有着不可或缺的决定性作用。电力电子技术的应用范围非常广阔，不仅用于工业、农业、航空、信息服务业、新能源等，还深深影响着人们日常生活中的照明电路、冰箱等家庭用电。电力电子器件的发展历程决定着电力电子技术的发展方向。在这其中，双向DC-DC变换器（Bi

15、directional DC-DC conveter）是一个常见开关电源。总的来说，它是一种既可以运行在伏安特性的第一象限，又可以在第二象限运行的直流变换器，也就是说，这种变换器能够使电机在正转电动与再生制动两种模式下交替切换，市场应用前景可观。实际生产中大功率负载的需求，电源多模块并联技术的探讨钻研也在逐年增多。而在并联系统中必须要引入均流技术来保证系统可靠运行，达到电流较为平均分配的效果，更多地展现出并联电源的优势。因此，均流控制是我们探究模块电源并联技术中的必须面对的问题。在早期，双向变换器只能被应用在低压、小功率场所。但伴随着储能技术的不断进步，双向电源在智能微电网（Intellig

16、ent micro grid）、电动汽车（BEV）、大功率不间断电源等大功率等级的场合中使用次数越来越多严仰光双向直流变换器南京：江苏科学技术出版社，2004,6-8。20世纪80年代初，双向变换器首次被使用在太阳能电源系统中，由于航天技术对于电源的大小和质量有较严苛的要求；于是美国学者采用了双向直流变换器，为蓄电池充电、放电，来保持母线上的电压不变张方华双向DC/DC变换器的研究博士学位论文南京：南京航空航天大学，2004。Caichi, E等人在1994年研究Buck-Boost双向变换器的项目上，使双向变换器的功率达到20KW，得以用在电动汽车的无刷直流电机上；此外，澳大利亚的Felix

17、 A. Himnelstos发表了文章，他总结出了非隔离型双向DC-DC变换器的四种基本拓扑结构 Zhou H, Khambadkone A M. Hybrid Modulation for Dual Active bridge Bi-Directional Converter With Extended Power Range For Ultracapacitor ApplicationC. /IEEE Transactions on Industry Applications.IEEE,2008:1434-1442。1997年，研究者Jain. M改进了一类隔离型变换器。这类的变换器的结构

18、原边为半桥结构，副边为推挽结构；在蓄电池充电时，变换器为降压运行模式，在直流母线电压不足时为升压运行模式，同时他还使用了平均状态模型对开关电源建模 Jain M, Daniele M, Jain P K.A bidirectional DC-DC converter topology for low power applicationJ.Power Electronics,IEEE Transactions on,2000,15(4):804-810.。在1999年，香港理工大学的H.L.Chan, K.W.E.Cheng和D.Sutanto研究了移相控制的双向DC-DC变换器，通过的频率控

19、制且保持频率不变化，并实现了零电压软开关；引入同步整流技术，使隔离电源的传输效率得到有效进步 Chan H L, Cheng K W E, Sutanto D.A phase-shift controlled bi-directional DC-DC converterJ.Symposium on Circuits & Systems,1999,2:723-726.。Chunlong Zhan等人员在应用在燃料电池上研究了双向变换器的软启动策略，传统电感电流反向损害器件而带来的Buck-Boost变换器启动问题被成功克服5。2001年，陈刚博士在双向反激式DC-DC转换电路中加入了钳位电路，在

20、结构上形成了有源钳位双向反激式直流转换器，从而降低了开关管的电压承受能力张亚娟.电池测试设备用多重双向DC/DC变换器的研究D.北京:北京交通大学，2011:2-3.。2004年，张方华博士提出了双向转换电路的新研究，如推挽激励移相型双向直流转换器，正负冲击模块直流转换器等 Mustansir H. K.,Randal W. C.Performance characterization of a high-power dual active bridge dc-dc converterJ.IEEE Transactions on Industry Applications,1992,28(6)

21、1294-1301.。2010年，美国学者N adia等人研究了全桥隔离型DC-DC变换器，把它应用在电池储能系统中，其功率级别有了前所未有的高等许佳.基于DSP数字控制双向全桥DC/DC变换器的研制D.西安:西安理工大学，2010:2-5.。近年来，国内的许多科研机构和有关院校也逐渐涉猎这一行业的研究。由此可见，DC-DC变换器并联技术的研究具有深刻社会意义和较高水平经济效应。多模块并联DC-DC变换器的特别关键的枢纽就是采用均流策略。以保证并联模块的开关及各个电力器件的工作电压、电流均匀分配，避免一个或多个电源模块受热不均匀，处在非常危险的运行状态 Zhang C, Liao Z, Ya

22、ng M. Research on Soft Start Method for Buck-Boost Bi-directional DC-DC Converter of Fuel Cell Power System.J.Conference on Circuits, Communications & Systems,2009:326-329。因此，可靠的均流控制大功率DC-DC变换器安全运行的问题关键。目前，直流并联系统已经被广泛用于军事、工业、农业、航空、信息服务业、新能源等各个领域。所以，如何处理并联系统运行中的技术难题，就成为电力电子技术（Power Electronics Techno

23、logy）中的热门探究项目之一。1.2多模块并联均流控制技术在并联系统中，每个电源模块身临其境，系统的总电源容量由每个电源模块平均承担。这样一来，系统也方便运行，安全性高。当系统发生运行故障情况时，引发故障的部分会被系统所屏蔽，即在电路中切除该部分；问题电路被断开，而没有发生故障的部分，仍然可以继续正常工作。如此一来，系统的工作效率得到了保证 梁锋DC/DC变换器并联均流与交错控制研究硕士学位论文北京：清华大学，2004。并联电源具有很多单电源供电并不具备的优点，例如很好地实现电源的模块化，进而扩充了电源容量；各个并联支路互不受影响，继而提高了系统的工作效率；降低了成本投入等等。1.2.1均流

24、控制 多模块并联系统中，电源为负载供电时，由戴维南定理可知，从负载端看进去，则每个模块可以看作把一个理想电压源和内阻串联起来。以两个模块的并联运行为例，其等效电路图如图1.1所示，Uo为输出电压，Io表示输出电流，Ro为等效输出电阻。当这两个模块输出外特性完全一致时，负载功率就会平均分给每个单元模块。但若它们不同，则模块的Ro变小，Uo变大，如图1.1所示，模块就必须分担较多的功率。如果对系统不进行均流控制，那么有的模块的电流应力偏大，就可能会被损坏。因此，只要模块的输出外特性不同，控制系统就需要进行均流控制。（a）并联等效电路图 （b）输出外特性图1.1 两模块并联的等效电路图多个 DC-D

25、C 变换器并联时，若负载发生变动，电源的输出外特性关系曲线肯定不会完全一致，Ro小的变换器将会承受较多的电流，各个模块电流不再相等。由此我们可以得出改变Ro能够实现均流；另外，调节开路端的Uo亦是一种方法。简单地来说，模块的输出电流Io经过检测后判别其不均流水平，用其作为直流Uo的给定值或者反馈量，从而调节模块的Uo，达到均流的目标李爱文，现代通信基础开关电源的原理和设计，北京，科学出版社，2001 年：181183。这就是所谓的并联均流控制技术。具体来说，DC-DC变换器的并联均流方案有很多。为系统选择合适的方案也是必须要考虑的，每种方法的工作原理及优弊端会在第三章中详细介绍。1.2.2交错

26、运行交错运行也是一种并联运行技术。我们可以将脉冲的宽度和间隔都一样的几个变换器并行连接起来，然后就能够管理它们的波形，使它们的相角满足一定规律从而将波形变得稳定的现象就叫交错。更浅显的来说，就是让几个变换器在同样的时间里有着同样的动作，但是会有前后之差，它们在不相同的位置一起工作陈少屏，梁冠安，基于单周期控制均流技术的交错运行变换器，电力电子技术，2002年第5期第36卷。与一般的变换器相比，DC-DC变换器在此方式下工作时有很大的优点。具体如下：DC-DC变换器能够将输出电压电流的波形变得更加稳定，还能够在一秒内增加波形的周期性变化的次数。如果有M个并联交错运行的变换器，那么其电流波形的每秒

27、内周期性变化的次数是每一部分电流波形的每秒内周期性变化的次数的M倍。但是波纹的放大倍数比各单元电流的波纹放大倍数低很多，这样变换器在工作中就会大大降低对波形起到滤过作用的电感的需求。如此一来，我们就能够去掉一些不必要的元件，进而将这一模块的占用空间大大降低。此时变换器对周围电磁场的抵抗力也变得强大起来 Jung-Won Kim; Hang-Seok Choi; Bo Hyung Cho” A novel droop method for converter parallel operation” Power Electronics, IEEE Transactions on , Volume:

28、 17 Issue: 1 , Jan. 2002 ,Page(s): 25 -32。由于交错运行技术也属于并联运行技术，所以，变换器在交错运行时也需要要面临均流控制问题。1.3本文研究内容 根据前文分析可知，并联电源具备许多长处，因此在电力电子行业中得到了宽泛的利用。但在实际生产中，参加系统运行的模块的参数不可能完全统一，总会有大大小小的差异。要实现各个模块均匀分担负载电流这个理想目标亦是非常困难的，因此必须要采取均流控制措施。此外，在实现均流控制的同时，若引入交错运行，则可以进一步改善和提高UO、IO的质量。论文详细探究的内容为以下五个部分：第一章分析了DC-DC变换器的研究和发展现状以及面

29、临的问题，对双向DC-DC变换器在应用上所需要的多模块并联均流控制技术进行综述分析。第二章分析了多种不同拓扑的双向DC-DC变换器的结构，并比较分析了双向DC-DC控制模式及控制方法，确定了本文所需要的拓扑结构及其控制方案。第三章分析了两相交错并联双向半桥DC-DC变换器在不同模式下的工作原理，研究了几种常用的双向DC-DC变换器的控制均流的方法的优弊端及适用场合，确定了本文所用的控制策略。第四章对所研究的控制电路进行了不同工作模式下的仿真分析，对比分析均流与不均流模式下电路的动态响应。第五章是实验部分，基于实验室现有的实验装置，对部分理论分析进行了实验验证。第六章对全文的工作进行总结。2 几

30、种DC-DC变换器的研究2.1基本DC-DC变换器的拓扑结构及其工作原理将一类范围的直流电变为另外一类有固定值的电压或者可以调整的电压的直流电，这就是直流变换器的用途。直流斩波电路的种类较多，包括六种基本斩波电路 王兆安.刘进军.电力电子技术.北京：机械工业出版社,2009。下面将介绍六种基本电路的工作原理。首先，第一种为降压斩波电路（Buck Chopper)，其原理图见图2.1所示。根据图2.1可知，该电路采用的是全控型器件V，图中为绝缘栅双极型晶体管（IGBT）。图2.1中，在V关断时，负载中的i0可以通过续流二极管VD。这种电路主要在电路中的供电端作电源，同时也可以安装在直流电动机上或

31、者用来带动蓄电池负载等。但是后两个例子中加在负载两端的是反电动势Em。图2.1 降压斩波电路的原理图 在初始时刻，开关V处于接通，电动势为E的电源向电路中的负载供电，此时负载两端的电压U0=E，流过负载的电流i0呈指数形式上升。在某个时刻，V关断，此时VD在电路中起续流作用，因此，U0接近于零，流过负载的电流i0呈指数形式下降。第二种升压斩波电路（Boost Chopper），其原理图见图 2.2所示。根据图 2.2所示可知，该电路也使用了可控开关V。其工作原理：设电路中电感L值无穷大，电容C值也无穷大。当可控开关处于接通时， 电源E给L充电，流过L的电流基本保持稳定在i1不变。同时，电容C也

32、作为电源，向R充电，由于C值很大，则R两端的电压大小U0 保持不变。当V断开时，电源E和电感L将自身能量传输给C和R。图2.2 升压斩波电路的原理图 第三种为升降压斩波电路 (buck -boost Chopper)，其原理图如图2.3所示。设电路中电感L值无穷大，电容C值也无穷大。如此，流过电感的电流为固定值，C两端的电压也就是R两端的电压，其大小保持U0不变。当V导通，E对L充电，此时流过L的电流记为i1。与此同时，电容C也充当电源，保持U0不变并向R释放能量。此后，当V关断， L之前获得的能量便得以释放给R，流过L的电流记为i2。此时，R两端的电压极性为上负下正，而E极性恰恰相反。因此这

33、种电路也被叫做反极性（Reverse polarity chopper circuit）斩波电路。图2.3 升降压斩波电路的原理图第四种为Cuk斩波电路，其原理图及其等效电路如图2.4所示。当V接通时，以E、L1 及V围成的回路和R、L2 、C以及V所环绕构成的回路中都有电流流过；V处于关断时，环绕E、L1、C和二极管VD一周所围城的电路回路以及负载R、电感L2 、二极管VD所围成的回路中都有电流流过。负载两端的电压极性与E两端的极性相反。该电路的等效电路如图2.4 b) 所示。开关S作用在A、B两点之间，交替切换构成不同状态的电路。图2.4 Cuk斩波电路原理图及其等效电路 最后，Sepic

34、斩波电路和Zeta斩波电路，其原理图如图2.5所示。图2.5 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路原理图Sepic斩波电路的基本工作原理为：当可控开关V接通时，以E、L1、V围成的回路和C1、V以及L2所环绕围城的回路中同时有电流流过，L1、L2都在此时存储能量。当可控开关V处于断态时，环绕E、L1、C1、二极管VD和R一周所围成的回路及以L2、VD和R所围城的回路同时有电流流过。此阶段E和L1既能作R的供电方，与此同时也对C1充电，C1吸收能量。V再次接通时，C1中的能量便传输给L2。Zeta斩波电路的基本工作原理为：在可控开关V接通时， E作为电源，向L1释放能量，L1得以储能。与此同时，

35、E和C1共同经过L2对负载起到电源的作用，对R供电。等到开关V关断，此时，环绕L1、二极管VD及C1所形成的振荡回路，能量从L1中传输给C1。在全部能量都传输完毕，二极管便关断。此时C1作为负载的电源，对R放电。2.2双向DC-DC变换器的研究双向DC-DC变换器，实际上由单向变换器的基础上演变而来的。通常情况下，将开关管的正极与二级管负极相连，二级管的正极与开关管的负极连接后，接入电路中。与单向变换器相比，双向变换器通过用较少的开关器件达到了能量的双向传输的效果。它具备所投入的成本少、性能良好等优势。2.2.1双向DC-DC变换器的拓扑选择及应力分析双向DC-DC变换器，根据输入端、输出端之

36、间有无电气上的隔离形式，把它分为两类：隔离型、非隔离型双向DC-DC变换器。通常情况下，在一些基本双向DC-DC变换器的电路拓扑结构中，插入工作频率大于十千赫兹的电源变压器。此时得到的双向变换器即为隔离型双向DC-DC变换器。非隔离型双向DC-DC变换器没有变压器的损耗、构成器件少、工作效率可观、容易操作。除此之外，它还具备规模小、重量轻等特点范鑫.混合动力客车大功率双向DC/DC变换器的研究D.哈尔滨:哈尔滨工业大学，2009:14-15.。在实际生产生活应用中，我们对双向DC-DC变换器的要求是具备高工作效率、损耗小、成本低的功用。因此，根据实际的生产设计要求，非隔离型的转换器是我们需要重

37、研究的。变换器的功率开关器件受输入输出端的电压比的影响，两端的电压电流过大超过了最大承受能力。严重的话，功率开关器件可能会被损坏。因此，我们要选择电压电流应力小的拓扑结构的非隔离型双向DC-DC变换器。下面对几中非隔离型的双向变换器的性能进行比较分析。详细内容见下表2.1、2.2 吴军辉，黄声华.应用于混合动力汽车的二电平双向DC/DC变换器J.电机技术，2006,(2):23-25.。变换器的输入、输出分别记为Ui、 Uo，电感内阻记为rL，占空比记为D。表2.1非隔离型双向DC-DC变换器的电压应力比较从表2.1中观察得知，承受能力最小的是双向半桥DC-DC变换器，输入电压均为Ui。与此同

38、时，其它类型的变换器的电压值均为Ui+Uo，电压幅值都比半桥型大的多。根据工作电压与额定电压的比值即电压应力最小这个条件来评判，双向半桥型DC-DC变换器是最合适的选择。表2.2 非隔离型双向DC-DC变换器的电流应力比较上表2.2中最后两种变换器在实际电路中均需要电感量很大的两个的电感。这样一来，装置的体积增大，成本增加，经济性差。电压电流应力小的拓扑结构能够有效的提高变换器的工作效率，减小变换器的损耗。相比较而言，我们所选择的双向半桥型DC-DC变换器就仅需要一个电感，节约了生产成本的投入。综上所述，在满足实际生产生活的需求下，将不隔离型双向半桥DC-DC变换器作为本文的研究对象。2.2.

39、2不隔离双向半桥DC-DC变换器的拓扑结构及其工作原理双向半桥的电路图如图2.6所示。它既可以在降压情况下工作，也可以在升压情况下工作。两个开关管S1、 S2用于切换不同的工作模式。其中，U1表示高压端的电压，U2表示变换器低压端的电压，C1、C2为滤波电容。图2.6 不隔离双向半桥DC-DC变换器的电路拓扑结构当开关管S1接通、开关管S2保持关断时，电路Buck降压模式下运行。此时能量从U1向U2传输。降压（Buck）运行模式的等效电路图如图2.7所示。（a）S1导通 （b）S1关断图2.7 Buck降压运行模式的等效电路图S1接通时，此时D2的电压上负下正，处于反向截止状态，其等效电路见图

40、2.7(a)。此时变换器高压端U1给L充电，释放能量传输给L，电感两端的电压为正值，流过电感的电流iL按指数形式增大。S1断开时，此时二极管D2开始正向导通，发挥续流的作用，即电感电流iL在D2上流过，流经电感的电流iL按指数形式减小。其等效电路图如图2.7(b)所示。改动开关管S1的占空比，完成对输出电压U2和电流iL大小的改动。假设S1的占空比为D，电压U1、U2与占空比D之间的联系为张珂基于交错并联技术的双向DC-DC变换器的设计硕士学位论文武汉：武汉理工大学，2013:U2=U1D (2-1)当开关管S2处于接通、开关管S1保持关断时，电路在Boost升压模式下运行，能量从U2向U1传

41、输。升压运行模式的等效电路图见图2.8所示。（a）S2导通 （b）S2关断图2.8 Boost升压运行模式的等效电路图S2接通时，此时D1的电压为负值，处于反向截止状态，其等效电路见图2.8(a)。变换器低压侧U2充当电源，给电感L的充电，释放能量传输给L，电感电流iL按指数形式增大。S2断开时，此时D1正向导通，发挥了续流的作用，即iL流经 D2，此时L上电压为负值，因此电感电流iL按指数形式减小，其等效电路图如图2.8(b)所示。改动开关管S2的占空比，完成对输出电压U1和电流iL大小的改动。假设S2的占空比为D，电压U1、U2与占空比D之间的联系为朱鹏程，郭卫农，陈坚升压斩波电路PI和P

42、ID调节器的优化设计电力电子技术2001,35（4）：28-32: U1=U2（1D） (2-2)2.2.3双向DC-DC变换器的控制模式 为了观察输出电压跟随给定电压的变动，并且尽可能快速准确的达到给定电压。可以选择的控制方式通常有以下两种:电压单闭环跟踪控制和电流双闭环跟踪控制周习祥，李加升，蔡超强等.DC/DC变换器电流模式数字控制电路研究J.四川理工学院学报，2011,24(2):202-205.。第一种控制的系统框图如图2.9所示。图2.9 电压控制系统框图根据图2.9所示的系统框图可以观察出，在这种控制中，输出电压作为反馈量，构成了的一个单闭环系统。Ui经过双向DC-DC变换器，将

43、输出Uo与我们所需的给定值进行比较后，将他们的差值输入PI中进行调节。对它进行调节完之后，其输出的信号和三角波信号将作为PWM的输入。经过PWM调制后，这时得到的信号用来操控开关管的开通关断，变换器的Uo的大小因此得以改变宋鹏，张逸成，姚勇涛等.平均电流控制法在电动汽车用DC/DC变换器中的应用J.低压电器，2004,(5):8一13.。此控制模式下的系统是单闭环结构，简易眀了，操作起来简单省时。但当系统电压发生变动或波动较大时，电压环只能在改动的结果输出完成后才能发挥作用，此时输出电压已经产生了大变动，使得整个系统响应速度、稳定性都变差。电压单闭环控制模式中电流变化过快，会影响变换器的性能及

44、寿命。然而若采用第二种电流控制模式，就可以有效的克服第一种模式的劣势。简单来说，第二种控制就是在第一种的形式上，加入了电流反馈闭环控制模块，所以这种也叫做电压电流双闭环控制系统。其系统框图见下图2.10所示。图2.10 电压电流双闭环控制系统根据图2.10所示的框图可以看出，经过外环时，产生了一个控制电压信号。进入PI调整后，将其作为电流环的给定值，再与IL比较，将它们的差值输入PI中调整。其输出的信号和三角波将作为PWM的输入，这时得到的信号用来操控开关管的开通关断武琼电动汽车双向DC/DC变换器的数字化实现硕士学位论文兰州：兰州交通大学，2013。由于电流跟踪环的存在，一旦电感电流发生改变，控制系统就会立即做出调节。跟踪给定值，在输出电压大小改变之前对调节器进行调节。这种控制模式下的系统跟踪性能好，响应速度快，稳定性好。此外，系统还具有限流能力，对电路进行保护作用。所以，本文将选用电压电流双闭环控制模式。2.2.4双向DC-DC变换器的控制方法 一般情况下，系统采用的的控制方法有以下两种：模拟控制和数字控制。第一种方法主要讲的是：依据串联谐振电路元件，以电路中的UC、IL作为变量