用于电动汽车的多重化软开关双向DC/DC变换器的研究

为了使多重式结构变换器的每个基本单元在其他单元发生故障时仍能继续独立工作，每个基本单元变换器拥有独立的PWM发生模块。
2 软开关实现条件
本文利用DCM运行下电感电流反向和互补开关，没有额外的半导体器件。变换器电感与开关的并联小电容在死区时间内相互配合，使两电容能量相互交换，以达到软开关目的。
若使变换器在boost模式与buck模式均达到软开关目的，首先应满足DCM运行基本条件；另外，在死区时间内，电感电流要具有抽取电容电能，以使两电容能量可以交换。以boost模式为例，DCM模式运行基本条件：

由式(2)、(3)得知，在两个死区时间相同情况下，只需满足反向电感电流的软开关条件，正向电感电流的软开关条件也会得到满足。
由式(3)得知，在不同负载下，电感L的平均值IL不同，因此反向电感电流峰值也不同。为使变换器在不同功率下设置的死区时间不变，且均可达到软开关目的，在电感电流平均值最大时Imax L(即满负载)，得出的电感电流反向最大值I-max即为在不同功率下的最小值。若死区时间满足满负载下的软开关条件，则一定满足不同功率下软开关的条件。
3 仿真验证
针对电动汽车在运行过程中驾驶员的频繁加速、减速及起动、制动等操作，为了验证上述拓扑结构的正确性，进行了仿真验证，所用参数如表1所示。

(1)变换器在t=0.025 s时，负载功率由2P/3突变为满负载P，模拟电动汽车加速运行。当t=0.15 s时，电路达到稳定状态；当t=0.025 s时，电压因负载突变；而t=0.007 5 s时，很短时间内恢复给定电压，电流也快速达到另一稳态。本文电流内环采用三个独立的PWM发生器，具有较快的动态响应。
(2)变换器升压工作时，以第三个基本单元为例，在负载功率为2P/3下主开关Sd3，辅助开关Su3，及各自并联二极管FWDd3、FWDu3的仿真波形及电感电流波形如图4所示。采用此种控制性软开关技术，使主开关、辅助开关以及两并联二极管在不同负载下其电压、电流错位，即均可达到软开关效果。采用三重交错式拓扑结构，电感电流纹波减小到原来的三分之一，有效弥补了DCM运行模式纹波大的缺陷。

本文采用多重半桥式双向DC/DC变换器拓扑结构，利用DCM模式下电感电流反向的特点，以反方向运行时主开关为辅助开关，没有额外添加半导体器件。实现了主开关的零电压开通和零电流关断，辅助开关的零电压开通、零电流关断，以及主开关与辅助开关并联二极管的零电压导通、零电流关断，提高了整体变换器效率。使得多重交错式结构有效减小了电感电流纹波。在控制方式上采用共用一个电压环，即共用一个电感电流参考值，解决了并联结构的均流问题，三个独立的电流内环加快了变换器的响应速度、提高了安全性。本文分析了此变换器的工作原理、控制策略，并对其进行了仿真实验，验证了理论分析的正确性与可行性。
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