基于ZVS_PWM双向DC-DC CUK变换器、变换系统和方法技术方案

本发明专利技术提出了一种基于ZVS_PWM双向DC‑DC CUK变换器、变换系统和工作方法，包括：第一变换器正极输出端连接均衡总线正极端，第一变换器负极输出端连接均衡总线负极端，第二变换器正极输出端连接均衡总线正极端，第二变换器负极输出端连接均衡总线负极端，第N变换器正极输出端连接均衡总线正极端，第N变换器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变换器，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ZVS_PWM双向DC-DCCUK变换器、变换系统和方法
本专利技术涉及DC-DCCUK变换器领域，尤其涉及一种基于ZVS_PWM双向DC-DCCUK变换器、变换系统和方法。
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ZVS_PWM双向DC-DCCUK变换器、变换系统和方法。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ZVS_PWM双向DC-DCCUK变换器，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、第二辅助开关、第一谐振电感、第二谐振电感、第一谐振电容、第二谐振电容；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，所述第一电感另一端还连接第一辅助开关源极，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辅助开关源极，所述第一谐振电感另一端连接第一a电容一端，所述第一a电容另一端连接第二功率开关源极，第二b电容一端连接第一功率开关源极，所述第二b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辅助开关源极，所述第二谐振电感另一端还连接第二功率开关漏极，第二谐振电容一端连接第二辅助开关漏极，所述第二谐振电容另一端连接第二功率开关源极，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、第二谐振二极管；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；所述第二谐振二极管正极连接第二辅助开关源极，所述第二谐振二极管负极连接第二辅助开关漏极。优选的，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。本专利技术还公开一种基于ZVS_PWM双向DC-DCCUK变换器的变换系统，包括：第一变换器正极输出端连接均衡总线正极端，第一变换器负极输出端连接均衡总线负极端，第二变换器正极输出端连接均衡总线正极端，第二变换器负极输出端连接均衡总线负极端，第N变换器正极输出端连接均衡总线正极端，第N变换器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ZVS_PWM双向DC-DCCUK变换器的工作方法，包括如下步骤：DC-DCCUK变换器左侧向右侧供电时，分为六个阶段，S1，在t0-t1的阶段，第一功率开关导通，第一辅助开关关断，输入电流和输出电流均通过第一功率开关流通，iS1＝Ii+Io；其中，iS1表示流过第一功率开关的电流，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，Io表示输出电流，当选择适配的第四电感值时，输出电流可视为定值；此阶段电路工作在常规的PWM模式，当第一功率开关由导通切换至关断时，此阶段结束；S2，在t1-t2的阶段，第一功率开关、第一辅助开关均关断，输入电流和输出电流通过第一辅助开关续流二极管给第一谐振电容进行恒流充电，其中，Cr表示第一谐振电容值，uCr表示第一谐振电容端电压；由式(1)可得，其中，t∈[t1,t2]，当uCr＝U1a+U1b时，此阶段结束，U1a和U1b分别为第一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电容值进行适配选取，U1a和U1b可视为定值，且U1a+U1b＝Ui+Uo，Ui和Uo分别表示变换器的输入电压和输出电压，可得此阶段的时间间隔，其中，ΔT2为此阶段的时间间隔；此阶段是变换器状态由常规的PWM工作模式进入谐振工作模式的过渡阶段；S3，在t2-t3的阶段，第一功率开关、第一辅助开关均关断，由于第一谐振电容端电压大于第一a电容端电压和第一b电容端电压之和，因此第二二极管导通，此阶段第一谐振电容、第一谐振电感、第二谐振电感、第一a电容、第一b电容、第一辅助开关续流二极管、第二功率开关续流二极管构成谐振回路，up＝iSr1*RSr1+iD2*RD2+iLr*(RLr1+RLr2)(5)iD2＝Io+iLr(6)其中Lr1和Lr2分别表示第一谐振电感值和第二谐振电感值，iLr表示流过第一谐振电感和第二谐振电感的电流，up表示谐振环路中所有器件寄生电阻所产生的压降，iSr1表示流过第一辅助开关的电流，RSr1表示第一辅助开关的导通电阻，iD2表示流过第二功率开关续流二极管的电流，RD2表示第二功率开关续流二极管的导通电阻，RLr1和RLr2分别表示第一谐振电感直流电阻和第二谐振电感直流电阻。初始条件为，忽略管压降，求解式(4)-(7)，其中，t∈[t2,t3]，ω表示谐振回路的谐振角频率，Z表示谐振回路的阻抗，当iD2＝Ii+Io时，第二辅助开关续流二极管自动断流，谐振行为停止，此阶段结束，此阶段时间间隔为谐振周期的四分之一，ΔT3＝TLC/4，ΔT3为此阶段的时间间隔，TLC为谐振周期，S4，在t3-t4的阶段，第一功率开关、第一辅助开关均关断，输入电流和输出电流均通过第二功率开关续流二极管流通，iD2＝Ii+Io；此阶段，电路工作在常规的PWM模式下；S5，在t4-t5的阶段，第一功率开关保持关断，第一辅助开关导通，此阶段第一谐振电容、第一谐振电感、第二谐振电感、第一a电容、第一b电容、第一辅助开关、第二功率开关续流二极管构成谐振电路，谐振方程同式(4)-(6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于ZVS_PWM双向DC-DC CUK变换器，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、第二辅助开关、第一谐振电感、第二谐振电感、第一谐振电容、第二谐振电容；/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，所述第一电感另一端还连接第一辅助开关源极，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辅助开关源极，所述第一谐振电感另一端连接第一a电容一端，所述第一a电容另一端连接第二功率开关源极，第二b电容一端连接第一功率开关源极，所述第二b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辅助开关源极，所述第二谐振电感另一端还连接第二功率开关漏极，第二谐振电容一端连接第二辅助开关漏极，所述第二谐振电容另一端连接第二功率开关源极，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ZVS_PWM双向DC-DCCUK变换器，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、第二辅助开关、第一谐振电感、第二谐振电感、第一谐振电容、第二谐振电容；
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，所述第一电感另一端还连接第一辅助开关源极，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辅助开关源极，所述第一谐振电感另一端连接第一a电容一端，所述第一a电容另一端连接第二功率开关源极，第二b电容一端连接第一功率开关源极，所述第二b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辅助开关源极，所述第二谐振电感另一端还连接第二功率开关漏极，第二谐振电容一端连接第二辅助开关漏极，所述第二谐振电容另一端连接第二功率开关源极，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ZVS_PWM双向DC-DCCUK变换器，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、第二谐振二极管；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；所述第二谐振二极管正极连接第二辅助开关源极，所述第二谐振二极管负极连接第二辅助开关漏极。


3.根据权利要求1所述的基于ZVS_PWM双向DC-DCCUK变换器，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ZVS_PWM双向DC-DCCUK变换器，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。


5.一种基于ZVS_PWM双向DC-DCCUK变换器的变换系统，其特征在于，包括：第一变换器正极输出端连接均衡总线正极端，第一变换器负极输出端连接均衡总线负极端，第二变换器正极输出端连接均衡总线正极端，第二变换器负极输出端连接均衡总线负极端，第N变换器正极输出端连接均衡总线正极端，第N变换器负极输出端连接均衡总线负极端，所述N为正整数。


6.一种基于ZVS_PWM双向DC-DCCUK变换器的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：
DC-DCCUK变换器左侧向右侧供电时，分为六个阶段，
S1，在t0-t1的阶段，第一功率开关导通，第一辅助开关关断，输入电流和输出电流均通过第一功率开关流通，iS1＝Ii+Io；
其中，iS1表示流过第一功率开关的电流，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，Io表示输出电流，当选择适配的第四电感值时，输出电流可视为定值；
此阶段电路工作在常规的PWM模式，当第一功率开关由导通切换至关断时，此阶段结束；
S2，在t1-t2的阶段，第一功率开关、第一辅助开关均关断，输入电流和输出电流通过第一辅助开关续流二极管给第一谐振电容进行恒流充电，



其中，Cr表示第一谐振电容值，uCr表示第一谐振电容端电压；由式(1)可得，



其中，t∈[t1,t2]，当uCr＝U1a+U1b时，此阶段结束，U1a和U1b分别为第一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电容值进行适配选取，U1a和U1b可视为定值，且U1a+U1b＝Ui+Uo，Ui和Uo分别表示变换器的输入电压和输出电压，可得此阶段的时间间隔，



其中...

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