电动汽车双向DC-DC变换器的研究

第４８卷第２期　２０１４年２月　电力电子技术　Ｐｏｗｅｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｖｏ１．４８，Ｎｏ．２　Ｆｅｂｒｕａｒｙ　２０１４　

电动汽车ＤＣ／ＤＣ变换器电磁干扰研究　

高　军１，２，李　旭　，汪正胜　（１．重庆长安汽车股份有限公司，重庆４０１１２０；２．重庆长安福特汽车有限公司，重庆４０１１２０）　

摘要：ＤＣ／ＤＣ变换器是电动汽车的关键部件，同时也是最主要的电磁干扰（ＥＭＩ）源之一。对混合动力电动汽车　（ＨＥＶ）平台所用Ｂｕｃｋ型ＤＣ／ＤＣ变换器的工作原理和ＥＭＩ形成机理进行了分析，搭建试验台架，获得了其ＥＭＩ　特性。在此基础之上，研究了降低ＤＣ／ＤＣ变换器ＥＭＩ的有效措施，满足了整车使用要求。　关键词：变换器；电动汽车；电磁干扰　中图分类号：ＴＭ４６　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００—１００Ｘ（２０１４）０２—００３３—０４　

ｌ　ｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　ＥＭＩ　ｏｆ　ＤＣ／ＤＣ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ｉｎ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｖｅｈｉｃｌｅｓ　

ＧＡＯ　Ｊｕｎ　，ＬＩ　Ｘｕ　，ＷＡＮＧ　Ｚｈｅｎｇ－ｓｈｅｎｇ　（１．Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　Ｃｈａｎｇ’ａｎ　Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　４０１１２０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｉｒｅｃｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ／ｄｉｒｅｃｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ（ＤＣ／ＤＣ）ｃｏｎｖｅ￣ｅｒ　ｉｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｖｅｈｉｃｌｅｓ，ａｎｄ　ｉｓ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ（ＥＭＩ）ｓｏｕｒｃｅ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｈｙｂｒｉｄ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｖｅｈｉｃｌｅ（ＨＥＶ）ｐｌａｔｆｏｒｍ，ｔｈｅ　ＤＣ／　ＤＣ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ＥＭＩ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ａｒｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ｂｙ　ｓｅｔｔｉｎｇ　ｕｐ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｂｅｎｃｈ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＤＣ／ＤＣ　ｃｏｎ—　ｖｅｒｔｅｒ，ｉｔｓ　ＥＭＩ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｉｓ　ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｏｎ　ｔｈｉｓ　ｂａｓｉｓ，ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ａｒｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ　ｔｏ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ＥＭＩ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＤＣ／ＤＣ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ａｎｄ　ｉｔ　Ｃａｎ　ｓａｔｉｓｆｙ　ｔｈｅ　ｕｓｉｎｇ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｖｅｈｉｃｌｅｓ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｖｅｈｉｃｌｅｓ；ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　Ｐｒｏｊｅｃｔ：Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ　ｂｙ　Ｍａｊｏｒ　Ｐｒｏｊｅｃｔｓ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｐｌａｎ　ｉｎ　Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　（Ｎ０．ｅｓｔｅ２０１３ｙｙｋｆＣ６０００１）　

船电技术Ｉ控制技术　Ｖｏｌ－３１　Ｎｏ．５　２０１１．５　

双向ＤＣ．ＤＣ变换器软开关技术研究　

高晓峰汪伟石媛　

ｆ中国船舶重工集团公司七一二研究所，武汉４３００６４）　

摘要：本文分析了移相全桥ＺＶＳ变换技术的工作原理，给出了谐振电感的选取条件，采用双向ＤＣ・ＤＣ　

变换的移相控制策略对设计电路进行了仿真，仿真结果验证了理论分析的正确性。　

关键词：双向ＤＣ　ＤＣ变换器移相控制　零电压　

中图分类号：ＴＭ４６　文献标识码：Ａ　文章编号：１００３—４８６２（２０１１）０５—０００８—０３　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｓｏｆｔ　Ｓｗｉｔｃｈ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｂｉ－ｄｉｒｅｃｔｉ０ｎａｌ　

ＤＣ．ＤＣ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　

Ｇａｏ　Ｘｉａｏｆｅｎｇ，Ｗａｎｇ　Ｗｅｉ，Ｓｈｉ　Ｙｕａｎ　

（Ｗｕｈａｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＭａｒｉｎｅ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ，ＣＳＩＣ，Ｗｕｈａｎ　４３００６４，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｈａｓｅ—ｓｈｉｆｔ　ｆｕｌｌ　ｂｒｉｄｇｅ　ＺＶＳ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ．　

Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｉｔ，ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｃｈｏｏｓｉｎｇ　ｒｅｓｏｎａｎｃｅ　ｉｎｄｕｃｔｏｒ　ｉｓ　ｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｃｉｒｃｕｉｆ　ｉｓ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｗｉｔｈ　

ｐｈａｓｅ—ｓｈｉｆｔ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｔｒａｔｅｇｙ　ｏｆｂｉ—ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ　ＤＣ－ＤＣ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｔｒａｔｅｇｙ　ｉｓ　ｖｅｒｉｆｉｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｂｉ・－ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ，＂ＤＣ／ＤＣ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，＂ｐｈａｓｅ—－ｓｈｉｆｔ　ｃｏｎｔｒｏｌ，＂ｚｅｒｏ－－ｖｏｌｔａｇｅ　

ｌ　引言　在双向Ｄｃ—Ｄｃ变换器中的应用。　

双向全桥DC—DC变换器高效能控制研究与实现

摘 要：本文分析了双向全桥DC-DC变换器在双变换控制下的输电特性。在变压器匝数比不为1的情况下，建立变流器的通用低频小信号模型。仿真结果表明，双相控制具有较小的功率损耗。最后建立了实验样机，实验结果证实了该控制方法的高效性和可行性，拓宽了变压比的选择范围，具有一定的工程应用价值。

关键词：全桥DC-DC变换器；高效能；控制研究；双向

双向全桥DC-DC转换器可以实现DC-DC转换器的二象限运行。因此，它在功能上等同于两个单向DC-DC转换器，因此可以降低系统的体积，质量和成本。目前，双向全桥DC-DC变换器主要采用相移控制方式。相移控制包括传统的相移控制和双相移控制。

采用传统移相控制方式的双全桥直流 - 直流变换器，所有带软开关的功率开关管都具有这种特点，然而，在传统相移控制方式下，功率变换器的循环和开关管电流应力较大，不利于转换器效率。因此，提出了一种双相移控制方法，理论和实验验证了该控制方法能够减小循环电力变压器的功率和开关管电流应力，提高了变换器效率。建立转换器的小信号等效模型。然而，小信号模型是在输出电压等于输入电压和变压比为1的前提下建立的。因此，本文将在转换器控制下进行动态建模的一般情况下为双相移，以提高转换器模型的通用性，适应更多的应用具有一定的工程应用价值。

1双重移相控制工作原理

图1是双向全桥DC-DC转换器的典型电路拓扑结构。在图中：U1和U2是全桥转换器的两个直流侧电压；Ls与串联电感和变压器泄漏相结合。变压器比率是n；S1?S4是H桥1的功率开关管和H桥的功率开关管2，C1和C2是输入和输出滤波电容。H桥1和H桥2的工作频率与fs相同；逆变桥H1的输出Uh1和逆变器H2为Uh2；通过控制逆变器的输出电压Uh1和Uh2之间的相位角，可以控制电感Ls的电压，并且可以控制转换器功率的流向和大小。下面的分析以U1到U2侧的功率为例，这是Uh1到Uh2的阶段。

第４０卷第２期　

２０１７年４月　电子器件　

ＣＨＩＮＥＳＥ　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＳＥＮＳＯＲＳ　ＡＮＤ　ＡＣＴＵＡＴＯＲＳ　Ｖｏ１．４０　Ｎｏ．２　

Ａｐｒ．２０１７　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｏｐｔｉｍａｌ　Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｔｒａｔｅｇｙ　ｏｆ　Ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ　

ＤＣ．ＤＣ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ｆｏｒ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｖｅｈｉｃｌｅｓ　

ＳＵＮ　Ｙｕｎｑｕａｎ　，　Ｅｎｊｉｅ，ＬＵＯ　Ｑｉｎｇｓｏｎｇ　

（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｆｉａｎｇ　Ｊｉａｎｇｓｕ　２１２０１３，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｖｉｅｗ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌａｒｇｅ　ｐｅａｋ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ａｎｄ　ｌａｒｇｅ　ｐｏｗｅｒ　ｌｏｓｓ　ｏｆ　ｉｓｏｌａｔｅｄ　ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ　ＤＣ—ＤＣ　ｃｏｎ—　

ｖｅｒｔｅｒ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｓｉｎｇｌｅ—ｐｈａｓｅ—ｓｈｉｆｔ（ＳＰＳ）ｃｏｎｔｒｏｌ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｈｙｂｒｉｄ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｖｅｈｉｃｌｅｓ，ａｎ　

ｏｐｔｉｍａｌ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｔｒａｔｅｇｙ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｄｕａｌ—ｐｈａｓｅ—ｓｈｉｆｔ（ＤＰＳ）ｃｏｎｔｒｏｌ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　

ＤＰＳ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｉｓ　ｆｉｒｓｔ　ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｏｗｅｒ　ｌｏｓｓ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ＩＢＤＣ　ｂａｓｅｄ　ＯＨ　ＤＰＳ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｉｓ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ｔｈｅｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎ—　

ｓｔｒａｉｎｔ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｔｏ　ｍｉｎｉｍｉｚｅ　ｔｈｅ　ｐｏｗｅｒ　ｌｏｓｓ　ｏｆ　ＩＢＤＣ，ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｔｈｅ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ　ｓｃｈｅｍｅ　ｏｆ　ｏｐｔｉｍａｌ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ