【电动汽车复合电源双向DC-DC变换器分析案例1800字】

电动汽车复合电源双向DC-DC变换器分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u30356电动汽车复合电源双向DC-DC变换器分析案例 1278111.1常见的双向DC-DC变换器拓扑结构 1111101.1.1非隔离式双向DC-DC变换器 1268781.1.2隔离式双向DC-DC变换器 3277761.2双向全桥DC-DC变换器设计 5284891.3双向全桥DC-DC变换器电感计算 51.1常见的双向DC-DC变换器拓扑结构双向DC-DC变换器的拓扑结构大体可分为两种：非隔离型和隔离型。隔离型具有输入输出转换比大、安全性高、抗干扰能力强、电气隔离功能强等优点。因此，它通常用于高电压、高功率或需要隔离的场合。而非隔离双向DC-DC变换器具有变换效率高、体积小、易于设计、成本低的优点，被广泛应用于电力电子及新能源汽车领域。1.1.1非隔离式双向DC-DC变换器非隔离双向DC-DC变换器的主要拓扑结构有Buck-Boost，Sepic，Cuk，SuperBuck等。双向Buck/Boost变换器拓扑结构如图1.1所示，该结构使用器件少，原理简单，是在单向Buck或Boost变换器基础上构成的。它工作模式包括Buck模式、Boost模式、交替工作模式。图1.1双向Buck/Boost变换器拓扑结构在图1.1中，表示超级电容器，表示总线滤波电容器，S1和S2表示全控功率开关晶体管，D1和D2表示连续电流二极管，表示能量转移电容器，和表示滤波电感，和分别表示输入和输出电压，表示从传输到的电感电流。双向Cuk变换器其拓扑结构如图1.2所示，它包括三种工作模式：正向模式、反向模式和交替模式。图1.2双向Cuk变换器拓扑结构双向Cuk变换器的优点是输入端和输出端有电感滤波，电流纹波小。但同时也存在明显的缺点:电路结构没有前向通路，能量需要经过电容器然后到达输出端，这大大增加了拓扑结构的复杂程度，传输效率低，并且输入和输出极性相反。由Zeta组成双向DC-DC转换器的拓扑与由Sepic组成的双向DC-DC转换器的拓扑完全相同，因此它被称为双向Zeta-Sepic转换器，其拓扑如图1.3所示。正向传输相当于Zeta转换器，反向传输相当于Sepic转换器。在交替工作模式中，能量传输的方向由两个电感器的平均电流决定。图1.3双向Zeta-Sepic变换器拓扑结构双向Zeta-Sepic变换器具有电感滤波和具有双向Cuk变换器的输入输出电流纹波小的优点，同时也解决了Cuk变换器输入输出极性不同的缺点。然而，由于电路中增加了电容，能量被多次转换，使得能量传输效率低下，结构复杂。隔离式双向DC-DC变换器隔离拓扑与非隔离拓扑的主要区别在于高频变压器的引入，主要包括半桥、全桥、单端正激、单端反激及推挽等几种基本拓扑结构。单端正激和单端反激如图1.4所示，其结构简单，成本低，适用于小功率情况。图1.4隔离式单端拓扑结构推挽式结构如图1.5所示，它的电路结构相对简单传输功率略高于单端结构。但是，由于变压器漏电感的存在，导致在工作过程中开关电压将出现较大的尖峰，这将对功率开关器件产生不利影响。因此，推挽式结构在中低功率条件下被广泛使用。图1.5隔离式推挽拓扑结构半桥式结构如图1.6所示，与推挽结构相比，由于变压器输入端取消了中心抽头，因此处理过程得到了简化。但是，在相同的功率条件下，功率器件所需的电流容量较大，对支点提出了更高的要求。同时，由电容不一致所带来的磁偏置问题使得半桥结构更适合中小功率情况。图1.6隔离式半桥结构全桥式结构如图1.7所示，与半桥结构相比，全桥DC-DC变换器的主电路中加入了多个功率开关器件，使得单个功率器件上所受的电压和电流应力较小，采用相同功率参数的器件时，它可以传输更多的功率，从而提高了功率器件的利用率。全桥结构在高功率条件下的应用更加广泛。图1.7隔离式全桥结构双向全桥DC-DC变换器设计通过对上文的分析，设计的双向全桥DC-DC变换器的主电路结构如图1.8所示。图1.8双向全桥DC-DC变换器的主电路根据电动汽车的电气指标进行设计，主电路高压侧电压为400V，低压侧电压为48V，额定功率500W。降压（Buck）为正向工作模式，升压（Boost）为反向工作模式。和分别为高压侧和低压侧母线，变压器变比K取6：1，、、、为高压侧MOS管，、、、为低压侧MOS管，~和分别为对应MOS管的反并二极管和结电容，等效为谐振电感和变压器漏感之和，为隔直电容，用于防止变压器磁饱和，、和分别为高压侧滤波电容、低压侧滤波电容和低压侧滤波电感。和组成的有源钳位电路，在变换器反向工作时可对电压尖峰加以抑制，不参与变换器的正向工作。双向全桥DC-DC变换器电感计算等效电感的选取需要综合考虑应用成本、电感体积、应用效率、电磁干扰等诸多问题，采用理论公式计算等效电感时，需要考虑输入电压、输出电压、电感纹波电流、开关频率等诸多因素，式(3-1)为电