用于電動汽車的多重化軟開關雙向DC/DC變換器的研究

為了使多重式結構變換器的每個基本單元在其他單元發生故障時仍能繼續獨立工作，每個基本單元變換器擁有獨立的PWM發生模塊。
2 軟開關實現條件
本文利用DCM運行下電感電流反向和互補開關，沒有額外的半導體器件。變換器電感與開關的并聯小電容在死區時間內相互配合，使兩電容能量相互交換，以達到軟開關目的。
若使變換器在boost模式與buck模式均達到軟開關目的，首先應滿足DCM運行基本條件；另外，在死區時間內，電感電流要具有抽取電容電能，以使兩電容能量可以交換。以boost模式為例，DCM模式運行基本條件：

由式(2)、(3)得知，在兩個死區時間相同情況下，只需滿足反向電感電流的軟開關條件，正向電感電流的軟開關條件也會得到滿足。
由式(3)得知，在不同負載下，電感L的平均值IL不同，因此反向電感電流峰值也不同。為使變換器在不同功率下設置的死區時間不變，且均可達到軟開關目的，在電感電流平均值最大時Imax L(即滿負載)，得出的電感電流反向最大值I-max即為在不同功率下的最小值。若死區時間滿足滿負載下的軟開關條件，則一定滿足不同功率下軟開關的條件。
3 仿真驗證
針對電動汽車在運行過程中駕駛員的頻繁加速、減速及起動、制動等操作，為了驗證上述拓撲結構的正確性，進行了仿真驗證，所用參數如表1所示。

(1)變換器在t=0.025 s時，負載功率由2P/3突變為滿負載P，模擬電動汽車加速運行。當t=0.15 s時，電路達到穩定狀態；當t=0.025 s時，電壓因負載突變；而t=0.007 5 s時，很短時間內恢復給定電壓，電流也快速達到另一穩態。本文電流內環采用三個獨立的PWM發生器，具有較快的動態響應。
(2)變換器升壓工作時，以第三個基本單元為例，在負載功率為2P/3下主開關Sd3，輔助開關Su3，及各自并聯二極管FWDd3、FWDu3的仿真波形及電感電流波形如圖4所示。采用此種控制性軟開關技術，使主開關、輔助開關以及兩并聯二極管在不同負載下其電壓、電流錯位，即均可達到軟開關效果。采用三重交錯式拓撲結構，電感電流紋波減小到原來的三分之一，有效彌補了DCM運行模式紋波大的缺陷。

本文采用多重半橋式雙向DC/DC變換器拓撲結構，利用DCM模式下電感電流反向的特點，以反方向運行時主開關為輔助開關，沒有額外添加半導體器件。實現了主開關的零電壓開通和零電流關斷，輔助開關的零電壓開通、零電流關斷，以及主開關與輔助開關并聯二極管的零電壓導通、零電流關斷，提高了整體變換器效率。使得多重交錯式結構有效減小了電感電流紋波。在控制方式上采用共用一個電壓環，即共用一個電感電流參考值，解決了并聯結構的均流問題，三個獨立的電流內環加快了變換器的響應速度、提高了安全性。本文分析了此變換器的工作原理、控制策略，并對其進行了仿真實驗，驗證了理論分析的正確性與可行性。
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