基于零电流PWM双向DC-DC CUK变换器总线式储能元件均衡电路、系统及方法技术方案

本发明专利技术提出了一种基于零电流PWM双向DC‑DC CUK变换器总线式储能元件均衡电路、系统及方法，包括：第一均衡电路正极输出端连接均衡总线正极端，第一均衡电路负极输出端连接均衡总线负极端，第二均衡电路正极输出端连接均衡总线正极端，第二均衡电路负极输出端连接均衡总线负极端，第N均衡电路正极输出端连接均衡总线正极端，第N均衡电路负极输出端连接均衡总线负极端，所述N为正整数。通过在均衡总线中使用均衡电路，实现了能量在总线中的平衡，使均衡总线系统运行更加稳定、更加流畅，能量损耗更小。

【技术实现步骤摘要】
基于零电流PWM双向DC-DCCUK变换器总线式储能元件均衡电路、系统及方法
本专利技术涉及电子电路领域，尤其涉及一种基于零电流PWM双向DC-DCCUK变换器的总线式储能元件均衡电路、系统及方法。
技术介绍
直流变换器一般采用PWM控制方式，开关管工作在硬开关状态，双向DC-DCCUK变换器是一种典型的直流变换器，被广泛应用于总线式储能元件均衡电路中，其结构如图10所示。由于实际的开关管不是理想器件，在开通时开关的电压不是立即下降到零，而是有一个下降时间，同时它的电流也不是立即上升到负载电流，也有一个上升时间。在这段时间里，电流和电压有一个交叠区，产生损耗，称之为开通损耗。当开关管关断时，开关管的电压不是立即从零上升到电源电压，而是有一个上升时间，同时它的电流也不是立即下降到零，也有一个下降时间。在这段时间里，电流和电压也有一个交叠区，产生损耗，称之为关断损耗。开通损耗和关断损耗合称为开关损耗，在一定条件下，开关管在每个开关周期中的开关损耗是恒定的，变换器总的开关损耗与开关频率成正比，开关频率越高，总的开关损耗就越大，变换器的效率就越低，进而导致总线式储能元件均衡系统的均衡效率越低。因此开关的存在限制了变换器开关频率的提高，从而限制了变换器以及均衡系统的小型化和轻量化。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种基于零电流PWM双向DC-DCCUK变换器的总线式储能元件均衡电路、均衡系统及方法。为了实现本专利技术的上述目的，本专利技术提供了一种基于零电流PWM双向DC-DCCUK变换器的总线式储能元件均衡电路，包括：第一电感、第四电感、第一a电容、第一b电容、第二电容、第一功率开关、第二功率开关、第一辅助开关、第一谐振电感、第二谐振电感、第一谐振电容；第一电感一端连接储能元件正极，所述第一电感另一端连接第一功率开关漏极，第一谐振电容一端连接第一辅助开关漏极，所述第一谐振电容另一端连接储能元件负极，所述第一谐振电容另一端还连接第一功率开关源极，第一谐振电感一端连接第一功率开关漏极，所述第一谐振电感另一端连接第一辅助开关源极，第一a电容一端连接第一辅助开关源极，所述第一a电容另一端连接第二谐振电感一端，所述第二谐振电感另一端连接第二功率开关源极，第一b电容一端连接第一功率开关源极，所述第一b电容另一端连接第二功率开关的漏极，第二电容一端连接第二功率开关源极，所述第二电容另一端连接第四电感一端，所述第四电感另一端连接第二功率开关漏极。优选的，还包括：第一二极管、第二二极管、第一谐振二极管；所述第一二极管正极连接第一功率开关源极，所述第一二极管负极连接第一功率开关漏极，所述第二二极管正极连接第二功率开关源极，所述第二二极管负极连接第二功率开关漏极，所述第一谐振二极管正极连接第一辅助开关源极，所述第一谐振二极管负极连接第一辅助开关漏极。优选的，还包括：第二电感，所述第二电感一端连接电源负极，所述第二电感另一端连接第一功率开关源极。优选的，还包括：第三电感，所述第三电感一端连接第二功率开关源极，所述第三电感另一端连接第二电容一端。优选的，所述储能元件包括电池或者超级电容。本专利技术还公开一种基于零电流PWM双向DC-DCCUK变换器的总线式储能元件均衡系统，包括：第一均衡电路正极输出端连接均衡总线正极端，第一均衡电路负极输出端连接均衡总线负极端，第二均衡电路正极输出端连接均衡总线正极端，第二均衡电路负极输出端连接均衡总线负极端，第N均衡电路正极输出端连接均衡总线正极端，第N均衡电路负极输出端连接均衡总线负极端，所述N为正整数。本专利技术还公开一种基于零电流PWM双向DC-DCCUK变换器的总线式储能元件均衡电路的工作方法，包括：该均衡电路从左侧向右侧供电时分为六个阶段，S1，在t0-t1的阶段，第一辅助开关、第一功率开关均关断，输入电流流过第一谐振电感和第二谐振电感，-iLr1＝iLr2＝Ii，其中，iLr1和iLr1分别表示流过第一谐振电感和第二谐振电感的电流，Ii表示输入电流，当第一电感值选择适当时，输入电流可视为定值；输入电流和输出电流均流过第二功率开关续流二极管，iD2＝Ii+Io；其中，iD2表示流过第二功率开关续流二极管的电流，Io表示输出电流，当第四电感值选择适当时，输出电流可视为定值；当第一功率开关由关断切换至导通时，此阶段结束；S2，在t1-t2的阶段，第一功率开关导通，第一辅助开关保持关断，在第一a电容和第一b电容的作用下，流过第一谐振电感和第二谐振电感的电流从输入电流值开始线性减小，减小到零后又反向增加至输出电流值，其中Lr1和Lr2分别表示第一谐振电感值和第二谐振电感值，UCa和UCb分别表示第一a电容端电压和第一b电容端电压，当第一a电容值和第一b电容值选取适当，UCa和UCb可视为定值，且UCa+UCb＝Ui+Uo，Ui和Uo分别表示均衡电路的输入电压和输出电压，iS1表示流过第一功率开关的电流，RS1表示第一功率开关的导通电阻，iD2表示流过第二二极管的电流，RD2表示第二功率开关续流二极管的导通电阻；忽略管压降，求解(1)式，可得，其中t∈[t1,t2]，当iS1＝Ii+Io时，流过第二功率开关续流二极管的电流自动断流，此阶段结束；S3，在t2-t3的阶段，第一功率开关保持导通，第一辅助开关保持关断，输出电流流过第一谐振电感和第二谐振电感，iLr1＝-iLr2＝Io，iLr1表示流过第一谐振电感的电流，iLr2表示流过第二谐振电感的电流，输入电流和输出电流均流过第一功率开关，iS1＝Ii+Io；iS1表示流过第一功率开关的电流，当第一辅助开关由关断切换至导通时，电路由PWM模式进入谐振模式，此阶段结束；S4，在t3-t4的阶段，第一功率开关保持开通，通过打开第一辅助开关使电路产生谐振，为第一功率开关软关断创造条件，第一谐振电感、第一谐振电容、第一功率开关、第一辅助开关构成第一谐振回路，同时第二谐振电感、第一谐振电容、第一a电容、第一b电容、第二二极管、第一辅助开关也构成第二谐振回路，其中uCr表示第一谐振电容端电压，Cr表示第一谐振电容值，iSr表示流过第一辅助开关的电流值，RSr表示第一辅助开关的导通电阻；忽略管压降，求解(3)(4)式，可得，其中t∈[t3,t4]，ω1表示两个谐振回路的整体等效谐振角频率，UCr0为第一谐振电容在t3时刻的端电压；当流过第二二极管的电流从正值谐振回零时，第二谐振回路停止谐振，此阶段结束；S5在t4-t5的阶段，第一功率开关、第一辅助开关保持开通，第二谐振回路停止谐振，第一谐振回路继续谐振，忽略管压降，求解(8)(9)式，可得，uCr(t)＝(Ii+Io-IS11)Z1sin[ω2(t-t4)]本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于零电流PWM双向DC-DC CUK变换器总线式储能元件均衡电路，其特征在于，包括：/n第一电感、第四电感、第一a电容、第一b电容、第二电容、第一功率开关、第二功率开关、第一辅助开关、第一谐振电感、第二谐振电感、第一谐振电容；/n第一电感一端连接储能元件正极，所述第一电感另一端连接第一功率开关漏极，第一谐振电容一端连接第一辅助开关漏极，所述第一谐振电容另一端连接储能元件负极，所述第一谐振电容另一端还连接第一功率开关源极，第一谐振电感一端连接第一功率开关漏极，所述第一谐振电感另一端连接第一辅助开关源极，第一a电容一端连接第一辅助开关源极，所述第一a电容另一端连接第二谐振电感一端，所述第二谐振电感另一端连接第二功率开关源极，第一b电容一端连接第一功率开关源极，所述第一b电容另一端连接第二功率开关的漏极，第二电容一端连接第二功率开关源极，所述第二电容另一端连接第四电感一端，所述第四电感另一端连接第二功率开关漏极。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于零电流PWM双向DC-DCCUK变换器总线式储能元件均衡电路，其特征在于，包括：
第一电感、第四电感、第一a电容、第一b电容、第二电容、第一功率开关、第二功率开关、第一辅助开关、第一谐振电感、第二谐振电感、第一谐振电容；
第一电感一端连接储能元件正极，所述第一电感另一端连接第一功率开关漏极，第一谐振电容一端连接第一辅助开关漏极，所述第一谐振电容另一端连接储能元件负极，所述第一谐振电容另一端还连接第一功率开关源极，第一谐振电感一端连接第一功率开关漏极，所述第一谐振电感另一端连接第一辅助开关源极，第一a电容一端连接第一辅助开关源极，所述第一a电容另一端连接第二谐振电感一端，所述第二谐振电感另一端连接第二功率开关源极，第一b电容一端连接第一功率开关源极，所述第一b电容另一端连接第二功率开关的漏极，第二电容一端连接第二功率开关源极，所述第二电容另一端连接第四电感一端，所述第四电感另一端连接第二功率开关漏极。


2.根据权利要求1所述的基于零电流PWM双向DC-DCCUK变换器总线式储能元件均衡电路，其特征在于，还包括：第一二极管、第二二极管、第一谐振二极管；所述第一二极管正极连接第一功率开关源极，所述第一二极管负极连接第一功率开关漏极，所述第二二极管正极连接第二功率开关源极，所述第二二极管负极连接第二功率开关漏极，所述第一谐振二极管正极连接第一辅助开关源极，所述第一谐振二极管负极连接第一辅助开关漏极。


3.根据权利要求1所述的基于零电流PWM双向DC-DCCUK变换器总线式储能元件均衡电路，其特征在于，还包括：第二电感，
所述第二电感一端连接电源负极，所述第二电感另一端连接第一功率开关源极。


4.根据权利要求1所述的基于零电流PWM双向DC-DCCUK变换器总线式储能元件均衡电路，其特征在于，还包括：第三电感，
所述第三电感一端连接第二功率开关源极，所述第三电感另一端连接第二电容一端。


5.根据权利要求1所述的基于零电流PWM双向DC-DCCUK变换器总线式储能元件均衡电路，其特征在于，所述储能元件包括电池或者超级电容。


6.一种基于零电流PWM双向DC-DCCUK变换器总线式储能元件均衡系统，其特征在于，包括：第一均衡电路正极输出端连接均衡总线正极端，第一均衡电路负极输出端连接均衡总线负极端，第二均衡电路正极输出端连接均衡总线正极端，第二均衡电路负极输出端连接均衡总线负极端，第N均衡电路正极输出端连接均衡总线正极端，第N均衡电路负极输出端连接均衡总线负极端，所述N为正整数。


7.一种基于零电流PWM双向DC-DCCUK变换器总线式储能元件均衡电路的工作方法，其特征在于，包括：
该均衡电路从左侧向右侧供电时分为六个阶段，
S1，在t0-t1的阶段，第一辅助开关、第一功率开关均关断，输入电流流过第一谐振电感和第二谐振电感，-iLr1＝iLr2＝Ii，
其中，iLr1和iLr1分别表示流过第一谐振电感和第二谐振电感的电流，Ii表示输入电流，当第一电感值选择适当时，输入电流可视为定值；
输入电流和输出电流均流过第二功率开关续流二极管，iD2＝Ii+Io；
其中，iD2表示流过第二功率开关续流二极管的电流，Io表示输出电流，当第四电感值选择适当时，输出电流可视为定值；
当第一功率开关由关断切换至导通时，此阶段结束；
S2，在t1-t2的阶段，第一功率开关导通，第一辅助开关保持关断，在第一a电容和第一b电容的作用下，流过第一谐振电感和第二谐振电感的电流从输入电流值开始线性减小，减小到零后又反向增加至输出电流值，



其中Lr1和Lr2分别表示第一谐振电感值和第二谐振电感值，UCa和UCb分别表示第一a电容端电压和第一b电容端电压，当第一a电容值和第一b电容值选取适当，UCa和UCb可视为定值，且UCa+UCb＝Ui+Uo，Ui和Uo分别表示均衡电路的输入电压和输出电压，iS1表示流过第一功率开关的电流，RS1表示第一功率开关的导通电阻，iD2表示流过第二二极管的电流，RD2表示第二功率开关续流二极管的导通电阻；忽略管压降，求解(1)式，可得，



<...

【专利技术属性】
技术研发人员：凌睿，何欣驰，夏增豪，易琪淋，王攀，刘姝，邓策亮，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50