《双向变换器的软起动策略》由会员分享，可在线阅读，更多相关《双向变换器的软起动策略（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、双向变换器的两段式软起动方法*杨孟雄，阮新波，金科（南京航空航天大学航空电源重点实验室，江苏 南京 210016）Two-PPhasse SSoftt Sttartt Meethood ffor Bi-dirrecttionnal DC-DC ConnverrterrYANG Menngxiiongg, RRUANN Xiinboo, JJIN Ke(Nanjjingg Uniiverrsitty oof AAeroonauuticcs & Asstroonauuticcs, Nannjinng 22100016, Chhinaa摘要：双向向变换器器在两端端“源”的的运用场场合下，采采用传统统
2、的软起起动方法法，由于于开关管管互补导导通，会会从输出出端“源源”引入入反向电电感电流流，导致致损坏变变换器。本本文提出出了一种种新颖的的双向变变换器两两段式软软起动方方法，通通过对主主控管和和被控管管均实施施软起动动，可以以实现双双向变换换器在两两端“源源”下的的开机软软起动，避避免产生生反向电电感电流流。两段段式软起起动方法法适用于于一族的的双向变变换器，并并且可以以推广到到多电平平双向变变换器中中。本文文最后给给出了双双向变换换器两段段式软起起动及在在燃料电电池供电电系统中中开机的的实验结结果，验验证了双双向变换换器两段段式软起起动方法法的有效效性。关键词：双双向变换换器，燃燃料电池池，
3、蓄电电池，软软起动，两两端源运运用场合合。Abstrractt: DDue to commpleemenntedd opperaatioon oof sswittchees iin bbi-ddireectiionaal cconvvertter, trradiitioonall sooft staart metthodd wiill givve rrisee too laargee innverrse indducttor currrennt ffromm thhe ooutpput souurcee att dooublle ssourrcess apppliicattionn, aand
4、 ressultt inn daamagge oof cconvvertter. Thhis papper prooposses a nnoveel ssoftt sttartt meethoodttwo-phaase sofft sstarrt mmethhod. Byy immpleemenntinng ssoftt sttartt off booth acttivee swwitcch aand passsivve sswittch, twwo-pphasse ssoftt sttartt meethood ccan reaalizze bbi-ddireectiionaal cconv
5、vertter sofft sstarrt aat ddoubble souurcees aappllicaatioon, avooidiing invversse iinduuctoor ccurrrentt. TTwo-phaase sofft sstarrt mmethhod apppliees tto aa seeriees oof bbi-ddireectiionaal cconvvertter andd caan bbe eexteendeed tto mmultti-lleveel bbi-ddireectiionaal cconvvertter. Exxperrimeentaa
6、l rresuultss off twwo-pphasse ssoftt sttartt annd sstarrtupp inn fuuel celll ppoweer ssysttem aree fiinallly givven to verrifyy thhe eeffeectiivennesss off twwo-pphasse ssoftt sttartt meethood.Key wwordds: bi-dirrecttionnal connverrterr，fuuel celll，bbattteryy，sooft staart，ddoubbless soourcces apppli
7、ccatiion。1. 引言 * 本文工作得到教育部新世纪优秀人才计划资助。This work was supported by the Program for New Century Excellent Talents in University, China.双向变换器器在电池池充电器器，不间间断供电电系统(UPSS)以及及电动汽汽车等领领域中得得到了应应用。近近年来，随随着光伏伏发电、风风力发电电、燃料料电池等等新能源源分布式式发电系系统的大大力发展展，双向向变换器器的应用用将变得得更加广广泛115。图1给出了了一种燃燃料电池池供电系系统，它它由燃料料电池、单单向DCC-DCC变换器器、
8、双向向DC-DC变变换器、逆逆变器和和蓄电池池构成6。单向向DC-DC变变换器将将燃料电电池宽范范围的电电压(2200-4000V)变变换为3360VV的直流流电压，然然后通过过后级逆逆变器得得到2220V/50HHz交流流电给负负载供电电。双向向变换器器连接了了直流母母线和蓄蓄电池，承承担着控控制能量量双向流流动的作作用。燃燃料电池池供电系系统中的的双向变变换器选选用了BBuckk-Booostt双向变变换器，如如图2所所示，其其具有结结构简单单，易于于控制，动动态响应应快等优优点78。为了减小DDC-DDC变换换器开机机时的浪浪涌电流流，一般般需要采采用软起起动方法法。对于于双向变变换器，
9、如如果将其其看作“一一机两用用，分时时复用”，即即将其看看作分别别是不同同时间两两个方向向的单向向图1. 燃燃料电池池供电系系统Fig.11 Fuuel celll ppoweer ssysttem变换器，传传统软起起动方法法可以直直接引入入到双向向变换器器中。在在图的的燃料电电池供电电系统中中，双向向变换器器的两端端分别是是直流母母线和蓄蓄电池，传传统软起起动方法法不再适适用于此此种两端端“源”的的运用场场合。本本文首先先分析双双向变换换器采用用传统软软起动方方法存在在的问题题，然后后提出一一种新颖颖的双向向变换器器两段式式软起动动方法。 图2. BBuckk-Booostt 双向向变换器器
10、 图3. 传统统的软起起动产生生反向电电感电流流Fig.22 Buuck-Booost Bi-dirrecttionnal Connverrterr Fiig.33 Innverrse indducttor currrennt iin ttradditiionaal ssoftt sttartt2. 传统软起动动存在的的问题在图2中，BBuckk-Booostt双向变变换器的的高、低低压端电电压分别别是VH和VL，开关关管Q1，Q2互补工工作。在在Booost 模式下，变变换器通通过调节节Q1来调节节输出，所所以定义义Q1为主控控管，QQ2为被控控管；同同理，在在Bucck模式式下定义Q2为主
11、控控管，QQ1为被控控管。传统的软起起动方法法是变换换器开关关管的占占空比由由零逐渐渐增大，使使输出电电压、电电流逐渐渐升高至稳稳定值。这对于于单端“源源”单端端“耗散散性负载载”的运运用场合合是可行行的。在两端端“源”的的运用场场合下，如果双双向变换换器工作作在Boosst模式式，VL通过双向向变换器器向VH供电。开机时时主控管管Q1的占空比比从零逐渐渐增大，被被控管QQ2的占空比比从“1”逐逐渐减小小，如图33所示，电压VL以很小占空比正向加于电感Lf，而VH-VL以很大的占空比反向加于Lf，电感电流迅速反向增加，会导致电感饱和，器件过流而损坏。同样地，在Buck模式下也会产生很大的反向电
12、感电流，导致变换器损坏。对于其他双双向变换换器，如如双向BBuckk/Booostt变换器器、双向向Cukk变换器器、双向向Zetta-SSepiic变换换器、双双向Foorwaard变变换器、双双向Fllybaack变变换器等等，由于于对偶的的开关管管的(有有效)占占空比是是互补的的，采用用传统软软起动都都会从输输出端“源源”引入入反向电电流，导导致变换换器损坏坏，所以以双向变变换器在在两端“源源”的运运用场合合必须采采用新的的软起动动方法。3. 被控控管延时时驱动方方法双向变换器器软起动时时被控管管的开通通导致了了反向电电感电流流，因此此为了防止止出现反反向电流流，可以以在开机机后延时一一
13、段时间间再驱动被被控管，即即软起动动时切掉掉被控管管的驱动动信号，利用其体二极极管或反反并二极极管续流流，软起起动完成成后再施加加驱动信号号。这种方方法对于于电感电电流连续续模式(Conntinnuouus CCurrrentt Moode, CCCM)是是可行的的。如果果负载较较轻，当被控控管关断断时，变变换器将将工作于于电感电电流断续续模式(Dissconntinnuouus CCurrrentt Moode, DCCM)。加入被控管驱动信号后两管互补工作，变换器将由DCM转为CCM工作。由于主控管的占空比在DCM时比CCM时的小，因此主控管占空比将会增加。在此过程中，每个开关周期内电感上
14、的负向伏秒面积大于正向伏秒面积，电感电流将会反向增加。图给出了Boost模式下，双向变换器由DCM到CCM转换过程中的主要仿真波形。从中可以看出，在t1时刻之前被控管Q2未给驱动信号，变换器工作在DCM模式。当给被控管施加驱动信号，并与主控管Q1互补工作，电感电流将会反向增加，其最大值达到-14.2A。而在稳态工作时，电流平均值只有0.44A。如此大的反向电流将会导致电感饱和，同时使开关管过流损坏。因此被控管延时驱动方法在负载较轻时不可行。 图4. 被被控管延延时驱动动仿真Fig.44 Paassiive driive dellay metthodd siimullatiing wavvefo
15、orm4. 两段式软起起动方法法的原理理与电路路实现传统的软起起动方法法使主控控管的驱驱动脉宽宽由零逐渐渐增大，实实际上仅仅实施了主控管管“软起起动”。如如果类似似地对被被控管实实施“软软起动”，使使被控管管的驱动脉脉宽也由由零逐渐渐增大，那那么在负负载较轻轻时，双向向变换器器将由DCCM平滑滑转换到到CCMM，避免电感感电流反反向大幅幅增加，这这是“两两段式软软起动方方法”。被控管的“软软起动”可可以延时时施加或者者无延时施施加，相应的两段式式软起动动方法有两种实现现方法。4.1方法法1在主控管软软起动完完成后，延延时一段段时间实实施被控控管软起起动。其其控制框框图和主主要波形形如图55所示，其其中A是是外同步步时钟信信号，以以同步锯锯齿波和和RS触触发器。t0时刻开机，电流源IS1给外部软起动电容CS1充电。软起动电容电压VS1、输出电压闭环的输出信号VEA_Vo及锯齿波VRAMP1送入PWM比较器后，得到主控管的驱动信号Q1。脉冲信号B2与Q1互补。Q1的占空比从零逐渐增大，实施主控管软起动，输出电压、电流缓慢增加，电感电流从被控管的体二极管或反并二极管续流，不存在反向电流。t1时刻，QQ1增大至至额定占占空比，输输出电压压达到稳稳定值，因因而此后后电压闭闭环将给给定Q1为额定定占空比比。开机后延迟迟td时间，在在t0td时
