本發(fā)明涉及直流變換器領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種雙向直流變換器及雙向直流變換控制方法。

背景技術(shù)：

隨著電動(dòng)汽車(chē)及自動(dòng)化行業(yè)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多應(yīng)用場(chǎng)合要求實(shí)現(xiàn)雙向能量傳輸。雙向能量傳輸可由兩個(gè)單向的功率變換器來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是這種方式不僅功率密度低而且可靠性低，因此雙向功率變換器應(yīng)運(yùn)而生。

相比于傳統(tǒng)單向功率變換器，雙向功率變換器雖然提高了功率密度，但是其效率等特性卻會(huì)有所下降?；诖?，實(shí)現(xiàn)高效率、高功率密度的雙向功率變換器是當(dāng)今電源行業(yè)所研究的重點(diǎn)之一。

如圖1所示，是現(xiàn)有的降壓/升壓(buck/boost)變換器的電路拓?fù)鋱D，該降壓/升壓變換器在降壓時(shí)采用降壓(buck)拓?fù)洌撮_(kāi)關(guān)管q2保持關(guān)斷，由pwm(pluswidthmodulation，脈寬調(diào)制)波驅(qū)動(dòng)的開(kāi)關(guān)管q1、電感l(wèi)1、電容c2將電壓v1降壓為電壓v2輸出；在升壓時(shí)采用升壓(boost)拓?fù)?，即開(kāi)關(guān)管q1保持導(dǎo)通，由pwm波驅(qū)動(dòng)的開(kāi)關(guān)管q2、電感l(wèi)1、電容c2將電壓v2升壓為電壓v1輸出。該降壓/升壓變換器雖然可以實(shí)現(xiàn)雙向的能量傳輸，但是這種變換器屬于非隔離變換器，并且其單向只能實(shí)現(xiàn)升壓或者降壓中的一種，無(wú)法在單向上既實(shí)現(xiàn)降壓又實(shí)現(xiàn)升壓，應(yīng)用場(chǎng)合較為局限。

如圖2所示，是現(xiàn)有兩級(jí)雙向變換器的電路拓?fù)鋱D。兩級(jí)雙向變換器的其中一級(jí)為降壓/升壓(buck/boost)非隔離結(jié)構(gòu)(包括電感l(wèi)1、開(kāi)關(guān)管q1、q2、電容c3)，另外一級(jí)為隔離結(jié)構(gòu)(包括隔離變換器)。兩級(jí)雙向變換器的降壓/升壓通常由buck/boost非隔離結(jié)構(gòu)級(jí)實(shí)現(xiàn)。但該雙向變換器由于采用兩級(jí)結(jié)構(gòu)，因此其體積較大，不利于功率密度的提升。

如圖3所示，是現(xiàn)有雙有源結(jié)構(gòu)的兩級(jí)雙向變換器的電路拓?fù)鋱D。該雙向變換器的兩端均為斬波電路(由開(kāi)關(guān)管q1～q4組成的斬波電路和由開(kāi)關(guān)管q5～q8組成的斬波電路)，并通過(guò)斬波電路將兩個(gè)電容c1、c2上的直流源轉(zhuǎn)換為交流源作用于電感l(wèi)1上，從而形成能量傳輸。但該雙向變換器在電壓傳輸比變化范圍較大的時(shí)候效率下降嚴(yán)重。

如圖4所示，是現(xiàn)有的雙邊雙向諧振結(jié)構(gòu)的雙向變換器的電路拓?fù)鋱D。該雙向變換器的兩端均為斬波電路(由開(kāi)關(guān)管q1～q4組成的斬波電路和由開(kāi)關(guān)管q5～q8組成的斬波電路)，且該雙向變換器包括位于變壓器t的兩側(cè)的諧振腔(由電感l(wèi)1、l3、電容c3構(gòu)成的諧振腔以及由電感l(wèi)2、l4、電容c4構(gòu)成的諧振腔)，其在正向和反向工作時(shí)都為典型的llc串聯(lián)諧振結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)全范圍的軟開(kāi)關(guān)。但該雙向變換器同樣在電壓傳輸比變化范圍較大的時(shí)候效率下降嚴(yán)重。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)上述雙向變換器在電壓傳輸比變化范圍較大的時(shí)候效率下降嚴(yán)重的問(wèn)題，提供一種雙向直流變換器及雙向直流變換控制方法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是，提供一種雙向直流變換器，包括第一斬波單元、第二斬波單元、變壓器以及控制單元，所述第一斬波單元的第一側(cè)連接到第一外接端子、第二側(cè)經(jīng)由第一電感連接到所述變壓器的原邊繞組；所述第二斬波單元采用h橋斬波電路，且所述第二斬波單元的第一側(cè)連接到所述變壓器的副邊繞組、第二側(cè)連接到正母線和負(fù)母線；所述正母線和負(fù)母線之間具有串聯(lián)連接的第一電容和第二電容，且所述第二電容的兩端連接到第二外接端子；所述雙向直流變換器還包括第二電感，且所述第一電容和第二電容的連接點(diǎn)經(jīng)由所述第二電感連接到所述變壓器的副邊繞組的中間抽頭；所述控制單元連接到所述第一斬波單元和第二斬波單元的控制端，且所述控制單元在能量由第二外接端子流向第一外接端子時(shí)，生成具有目標(biāo)占空比的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)并輸出到第二斬波單元的控制端。

在本發(fā)明所述的雙向直流變換器中，所述第二斬波單元包括第一開(kāi)關(guān)管、第二開(kāi)關(guān)管、第三開(kāi)關(guān)管和第四開(kāi)關(guān)管，且所述第一開(kāi)關(guān)管、第二開(kāi)關(guān)管串聯(lián)連接在正母線和負(fù)母線之間、所述第三開(kāi)關(guān)管和第四開(kāi)關(guān)管串聯(lián)連接在正母線和負(fù)母線之間；所述第一開(kāi)關(guān)管和所述第二開(kāi)關(guān)管的連接點(diǎn)連接到所述變壓器的副邊繞組的首端、所述第三開(kāi)關(guān)管和所述第四開(kāi)關(guān)管的連接點(diǎn)連接到所述變壓器的副邊繞組的尾端。

在本發(fā)明所述的雙向直流變換器中，所述控制單元向所述第一開(kāi)關(guān)管輸出第一脈沖寬度調(diào)制信號(hào)、向所述第二開(kāi)關(guān)管輸出第二脈沖寬度調(diào)制信號(hào)、向所述第三開(kāi)關(guān)管輸出第三脈沖寬度調(diào)制信號(hào)以及向所述第四開(kāi)關(guān)管輸出第四脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，且所述第一脈沖寬度調(diào)制信號(hào)與第二脈沖寬度調(diào)制信號(hào)互補(bǔ)，所述第三脈沖寬度調(diào)制信號(hào)與第四脈沖寬度調(diào)制信號(hào)互補(bǔ)，所述第一脈沖寬度調(diào)制信號(hào)與第三脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的相位差為180度，所述第二脈沖寬度調(diào)制信號(hào)與第四脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的相位差為180度。

在本發(fā)明所述的雙向直流變換器中，在能量由第二外接端子流向第一外接端子時(shí)，所述第一外接端子的電壓v1dc滿(mǎn)足：

其中，v2dc為第二外接端子電壓，ton為第一脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的脈沖寬度，toff為第一脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的脈沖間隔，l1為第一電感的電感量，ts為第一脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的控制周期，且ts＝ton+toff，ro為第一外接端子所連接負(fù)載的等效電阻，為所述變壓器原邊繞組和副邊繞組的匝數(shù)比；

所述控制單元在生成具有目標(biāo)占空比的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)時(shí)，將具有初始占空比的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)輸出到第二斬波單元的控制端，并根據(jù)第一外接端子的電壓反饋值計(jì)算第一外接端子所連接負(fù)載的等效電阻ro，最終根據(jù)所述第一外接端子所連接負(fù)載的等效電阻ro計(jì)算目標(biāo)占空比。

在本發(fā)明所述的雙向直流變換器中，所述控制單元在生成具有目標(biāo)占空比的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)時(shí)，將具有初始占空比的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)輸出到第二斬波單元的控制端，并根據(jù)第一外接端子反饋的電壓調(diào)整所述初始占空比直到第一外接端子的輸出電壓達(dá)到預(yù)定值，并將所述第一外接端子的輸出電壓達(dá)到預(yù)定值時(shí)的初始占空比確定為目標(biāo)占空比。

本發(fā)明還提供一種雙向直流變換控制方法，在能量由第二外接端子流向第一外接端子時(shí)包括：

計(jì)算獲得目標(biāo)占空比；

向第二斬波單元的控制端輸出具有目標(biāo)占空比的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)以使第二斬波單元將第二外接端子的輸入電壓進(jìn)行斬波處理；其中，所述第二斬波單元采用h橋斬波電路，且所述第二斬波單元的第一側(cè)連接到變壓器的副邊繞組、第二側(cè)連接到正母線和負(fù)母線；所述正母線和負(fù)母線之間具有串聯(lián)連接的第一電容和第二電容，且所述第二電容的兩端連接到第二外接端子；所述第一電容和第二電容的連接點(diǎn)經(jīng)由第二電感連接到所述變壓器的副邊繞組的中間抽頭；

向第一斬波單元的控制端輸出脈沖寬度調(diào)制信號(hào)使所述第一斬波單元進(jìn)行整流成預(yù)定電壓增益的直流電壓，所述第一斬波單元的第一側(cè)連接到第一外接端子、另一側(cè)經(jīng)由第一電感連接到所述變壓器的原邊繞組。

在本發(fā)明所述的雙向直流變換控制方法中，所述第二斬波單元包括第一開(kāi)關(guān)管、第二開(kāi)關(guān)管、第三開(kāi)關(guān)管和第四開(kāi)關(guān)管，且所述第一開(kāi)關(guān)管、第二開(kāi)關(guān)管串聯(lián)連接在正母線和負(fù)母線之間、所述第三開(kāi)關(guān)管和第四開(kāi)關(guān)管串聯(lián)連接在正母線和負(fù)母線之間；所述第一開(kāi)關(guān)管和所述第二開(kāi)關(guān)管的連接點(diǎn)連接到所述變壓器的副邊繞組的首端、所述第三開(kāi)關(guān)管和所述第四開(kāi)關(guān)管的連接點(diǎn)連接到所述變壓器的副邊繞組的尾端。

在本發(fā)明所述的雙向直流變換控制方法中，所述向第二斬波單元的控制端輸出具有目標(biāo)占空比的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)包括：

向第一開(kāi)關(guān)管的控制端輸出第一脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，所述第一脈沖寬度調(diào)制信號(hào)具有目標(biāo)占空比；

向所述第二開(kāi)關(guān)管的控制端輸出第二脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，所述第二脈沖寬度調(diào)制信號(hào)與第一脈沖寬度調(diào)制信號(hào)互補(bǔ)；

向所述第三開(kāi)關(guān)管的控制端輸出第三脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，所述第三脈沖寬度調(diào)制信號(hào)具有目標(biāo)占空比，且所述第三脈沖寬度調(diào)制信號(hào)與第一脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的相位差為180度；

向所述第四開(kāi)關(guān)管的控制端輸出第四脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，所述第四脈沖寬度調(diào)制信號(hào)與第二脈沖寬度調(diào)制信號(hào)互補(bǔ)。

在本發(fā)明所述的雙向直流變換控制方法中，所述第一外接端子的電壓v1dc滿(mǎn)足：

其中，v2dc為第二外接端子電壓，ton為第一脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的脈沖寬度，toff為第一脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的脈沖間隔，l1為第一電感的電感量，ts為第一脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的控制周期且ts＝ton+toff，ro為第一外接端子所連接負(fù)載的等效電阻，為所述變壓器原邊繞組和副邊繞組的匝數(shù)比；

所述計(jì)算獲得目標(biāo)占空比包括：

生成具有初始占空比的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，并輸出到第二斬波單元的控制端；

根據(jù)第一外接端子的電壓反饋值計(jì)算第一外接端子所連接負(fù)載的等效電阻ro；

根據(jù)所述第一外接端子所連接負(fù)載的等效電阻ro計(jì)算目標(biāo)占空比。

在本發(fā)明所述的雙向直流變換控制方法中，所述計(jì)算獲得目標(biāo)占空比包括：

生成具有初始占空比的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，并輸出到第二斬波單元的控制端；

根據(jù)第一外接端子反饋的電壓調(diào)整所述初始占空比直到第一外接端子的輸出電壓達(dá)到預(yù)定值，并將所述第一外接端子的輸出電壓達(dá)到預(yù)定值時(shí)的初始占空比確定為目標(biāo)占空比。。

本發(fā)明的雙向直流變換器及雙向直流變換控制方法，通過(guò)調(diào)整脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的占空比，調(diào)整雙向直流變換器在反向能量傳輸時(shí)的電壓增益，可使雙向直流變換器在擁有較大的傳輸比變化范圍時(shí)保證能量的高效率傳輸。

附圖說(shuō)明

圖1是現(xiàn)有的降壓/升壓變換器的電路拓?fù)鋱D；

圖2是現(xiàn)有兩級(jí)雙向變換器的電路拓?fù)鋱D；

圖3是現(xiàn)有雙有源結(jié)構(gòu)的兩級(jí)雙向變換器的電路拓?fù)鋱D；

圖4是現(xiàn)有的雙邊雙向諧振結(jié)構(gòu)的雙向變換器的電路拓?fù)鋱D；

圖5是本發(fā)明雙向變換器實(shí)施例的示意圖；

圖6是本發(fā)明雙向變換器在第一開(kāi)關(guān)管的脈沖寬度大于脈沖間隔時(shí)的發(fā)波方式及第二電感對(duì)應(yīng)電流波形；

圖7是本發(fā)明雙向變換器在第一開(kāi)關(guān)管的脈沖寬度小于脈沖間隔時(shí)的發(fā)波方式及第二電感對(duì)應(yīng)電流波形。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖5所示，是本發(fā)明雙向直流變換器實(shí)施例的示意圖，該雙向直流變換器可實(shí)現(xiàn)雙向能量傳輸。本實(shí)施例中的雙向直流變換器包括第一斬波單元51、第二斬波單元52、第一電感l(wèi)1、第二電感l(wèi)2、變壓器tx1以及控制單元，其中第一斬波單元51的第一側(cè)連接到第一外接端子v1dc、第一斬波單元51的第二側(cè)經(jīng)由第一電感l(wèi)1連接到變壓器tx1的原邊繞組；第二斬波單元52采用h橋斬波電路，且第二斬波單元52的第一側(cè)連接到變壓器tx1的副邊繞組、第二斬波單元52的第二側(cè)連接到正母線(+)和負(fù)母線(-)；上述正母線和負(fù)母線之間具有串聯(lián)連接的第一電容cb和第二電容c2dc，且第二電容c2dc的兩端連接到第二外接端子v2dc；上述第一電容cb和第二電容c2dc的連接點(diǎn)經(jīng)由第二電感l(wèi)2連接到變壓器tx1的副邊繞組的中間抽頭。上述第一電容cb用于在第二斬波單元52斬波過(guò)程中吸收能量，以使正母線電壓達(dá)到預(yù)定電壓；第二電容c2dc用于對(duì)第二外接端子輸入的直流電進(jìn)行濾波。

具體地，上述第二斬波單元52包括第一開(kāi)關(guān)管qs1、第二開(kāi)關(guān)管qs2、第三開(kāi)關(guān)管qs3和第四開(kāi)關(guān)管qs4，該第一開(kāi)關(guān)管qs1、第二開(kāi)關(guān)管qs2、第三開(kāi)關(guān)管qs3和第四開(kāi)關(guān)管qs4具體可采用igbt((insulatedgatebipolartransistor，絕緣柵雙極型晶體管)或mosfet(metallicoxidesemiconductorfieldeffecttransistor，金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)等。上述第一開(kāi)關(guān)管qs1和第二開(kāi)關(guān)管qs2串聯(lián)連接在正母線和負(fù)母線之間、第三開(kāi)關(guān)管qs3和第四開(kāi)關(guān)管qs4串聯(lián)連接在正母線和負(fù)母線之間，即組成h橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。第一開(kāi)關(guān)管qs1和第二開(kāi)關(guān)管qs2的連接點(diǎn)連接到變壓器tx1的副邊繞組的首端、第三開(kāi)關(guān)管qs3和第四開(kāi)關(guān)管qs4的連接點(diǎn)連接到變壓器tx1的副邊繞組的尾端。

上述第一斬波單元51可采用單橋臂斬波電路(即具有兩個(gè)開(kāi)關(guān)管)或h橋斬波電路(即具有四個(gè)開(kāi)關(guān)管)。

控制單元連接到第一斬波單元51和第二斬波單元52的控制端。在能量由第一外接端子v1dc流向第二外接端子v2dc時(shí)，與現(xiàn)有直流變換器的直流變換過(guò)程相同，控制單元向第一斬波單元51輸出脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，使第一斬波單元51將第一外接端子v1dc輸入的直流電斬成方波并作用于第一電感l(wèi)1，變壓器tx1通過(guò)兩側(cè)的繞組將能量傳輸?shù)降诙夭▎卧?2并由第二斬波單元52將來(lái)自變壓器tx1的副邊繞組的能量整流為直流電并通過(guò)第二外接端子v2dc輸出。

本實(shí)施例中的雙向直流變換器在進(jìn)行反向驅(qū)動(dòng)(即能量由第二外接端子v2dc流向第一外接端子v1dc)時(shí)，控制單元以脈沖寬度ton或脈沖間隔toff為控制變量來(lái)控制從第二外接端子v2dc到第一外接端子v1dc的電壓增益。上述控制方式下，脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的頻率可以是確定的，也可以是變化的(可根據(jù)需要預(yù)先設(shè)置)。即在能量由第二外接端子v2dc流向第一外接端子v1dc時(shí)，控制單元根據(jù)從第二外接端子v2dc到第一外接端子v1dc的電壓增益生成具有目標(biāo)占空比的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)并輸出到第二斬波單元52的控制端，同時(shí)向第一斬波單元51輸出使第一斬波單元51進(jìn)行整流處理的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)(整流控制過(guò)程與現(xiàn)有方案相同)。

具體地，控制單元向第一開(kāi)關(guān)管qs1輸出第一脈沖寬度調(diào)制信號(hào)、向第二開(kāi)關(guān)管qs2輸出第二脈沖寬度調(diào)制信號(hào)、向第三開(kāi)關(guān)管qs3輸出第三脈沖寬度調(diào)制信號(hào)以及向第四開(kāi)關(guān)管qs4輸出第四脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，以將第二外接端子v2dc輸入的直流電斬成方波。

上述第一脈沖寬度調(diào)制信號(hào)與第二脈沖寬度調(diào)制信號(hào)互補(bǔ)，第三脈沖寬度調(diào)制信號(hào)與第四脈沖寬度調(diào)制信號(hào)互補(bǔ)，即第一脈沖寬度調(diào)制信號(hào)中的脈沖寬度ton對(duì)應(yīng)第二脈沖寬度調(diào)制信號(hào)中的脈沖間隔toff(脈沖寬度ton為一個(gè)周期中開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，脈沖間隔toff為一個(gè)周期中開(kāi)關(guān)管的斷開(kāi)時(shí)間，脈沖寬度ton與脈沖間隔toff之和即為一個(gè)工作周期)，第一脈沖寬度調(diào)制信號(hào)與第三脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的相位差為180度，第二脈沖寬度調(diào)制信號(hào)與第四脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的相位差為180度，如圖6、7所示。

為了防止第二斬波單元52中上下橋臂(例如第一開(kāi)關(guān)管qs1和第二開(kāi)關(guān)管qs2)直接導(dǎo)通而導(dǎo)致電流過(guò)大而損壞開(kāi)關(guān)管，在第一脈沖寬度調(diào)制信號(hào)、第二脈沖寬度調(diào)制信號(hào)、第三脈沖寬度調(diào)制信號(hào)、第四脈沖寬度調(diào)制信號(hào)中，每一脈沖寬度和脈沖間隔之前具有死區(qū)緩沖時(shí)間，如圖6、7中的t0～t1、t2～t3時(shí)間。

上述控制單元具體可包括存儲(chǔ)有控制指令的存儲(chǔ)裝置以及可執(zhí)行控制指令的芯片，且上述控制指令用于在能量由第二外接端子v2dc流向第一外接端子v1dc時(shí)，根據(jù)從第二外接端子v2dc到第一外接端子v1dc的電壓增益計(jì)算獲得第一脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的目標(biāo)占空比。

在進(jìn)行目標(biāo)占空比計(jì)算時(shí)，可根據(jù)以下計(jì)算式(1)及預(yù)先設(shè)定的工作周期ts=ton+toff進(jìn)行上述滿(mǎn)足以下計(jì)算式(1)：

其中，v1dc為第一外接端子v1dc的電壓，v2dc為第二外接端子電壓，ton為第一脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的脈沖寬度，toff為第一脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的脈沖間隔，l1為第一電感的電感量，d為變壓器原邊繞組電壓的占空比(即第二斬波單元51輸出電壓的占空比，具體如以下的計(jì)算式(3)所示)，ro為第一外接端子所連接負(fù)載的等效電阻，為所述變壓器原邊繞組和副邊繞組的匝數(shù)比(即np為變壓器原邊繞組和副邊繞組的匝數(shù)比的2倍)。

如計(jì)算式(1)所示，由于第一外接端子所連接負(fù)載的等效電阻ro為未知的值，因此在進(jìn)行變流過(guò)程中，控制單元需要先向第二斬波單元52輸出一個(gè)具有初始占空比的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)(該初始占空比可根據(jù)計(jì)算式(1)估算，例如使用一個(gè)預(yù)設(shè)電阻值代替等效電阻ro)，并根據(jù)第一外接端子的反饋電壓計(jì)算等效電阻ro，在獲得等效電阻ro后再計(jì)算目標(biāo)占空比，從而使第一外接端子的最終輸出電壓達(dá)到預(yù)設(shè)值。

此外，也可不使用公式(1)，而直接根據(jù)第一外接端子的反饋電壓對(duì)輸出到第二斬波單元52的控制端的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的占空比進(jìn)行連續(xù)的調(diào)整，直到第一外接端子的反饋電壓達(dá)到預(yù)定值。

以下以調(diào)節(jié)第一開(kāi)關(guān)管qs1的導(dǎo)通時(shí)間(即第一脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的脈沖寬度ton)和斷開(kāi)時(shí)間(即第一脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的脈沖間隔toff)來(lái)控制變換器為例進(jìn)行說(shuō)明(當(dāng)然也可以通過(guò)調(diào)節(jié)其它開(kāi)關(guān)管如qs2、qs3、qs4的導(dǎo)通時(shí)間和斷開(kāi)時(shí)間來(lái)控制雙向直流變換器，具體控制方式與此相似)。

雙向直流變換器啟動(dòng)時(shí)首先工作于ton>toff的情況，其次進(jìn)入ton<toff的情況。在上述兩種情況下，第一電容cb頂部的電壓的平均值vb和第二外接端子v2dc的電壓v2dc的關(guān)系都約為：

即vb是與v2dc相關(guān)的固定直流電壓。直流電壓vb通過(guò)第一開(kāi)關(guān)管qs1、第二開(kāi)關(guān)管qs2、第三開(kāi)關(guān)管qs3和第四開(kāi)關(guān)管qs4斬波后可以在變壓器tx1上產(chǎn)生一個(gè)具有一定占空比交流斬波波形。這個(gè)斬波波形的占空比d滿(mǎn)足如下表達(dá)式：

如圖6所示，在第一脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的脈沖寬度大于脈沖間隔toff時(shí)，0.5vb<v2dc<vb。在t0～t1之間，第一開(kāi)關(guān)管qs1和第三開(kāi)關(guān)管qs3導(dǎo)通、第二開(kāi)關(guān)管qs2和第四開(kāi)關(guān)管qs4斷開(kāi)，此時(shí)變壓器tx1副邊繞組的中心抽頭的電壓逐漸上升到vb，由于vb大于v2dc，第二電感l(wèi)2上的電流il2下降；在t1～t2之間，第二開(kāi)關(guān)管qs2和第三開(kāi)關(guān)管qs3導(dǎo)通、第一開(kāi)關(guān)管qs1和第四開(kāi)關(guān)管qs4斷開(kāi)，此時(shí)變壓器tx1副邊繞組的中心抽頭電壓逐漸下降到0.5vb，由于0.5vb小于v2dc，第二電感l(wèi)2上的電流il2上升；在t2～t3之間，第一開(kāi)關(guān)管qs1和第三開(kāi)關(guān)管qs3導(dǎo)通、第二開(kāi)關(guān)管qs2和第四開(kāi)關(guān)管qs4斷開(kāi)，此時(shí)變壓器tx1副邊繞組的中心抽頭電壓逐漸上升為vb，由于vb大于v2dc，第二電感l(wèi)2上的電流il2下降。在t3～t4之間，第一開(kāi)關(guān)管qs1和第四開(kāi)關(guān)管qs4導(dǎo)通、第二開(kāi)關(guān)管qs2和第三開(kāi)關(guān)管qs3斷開(kāi)，此時(shí)變壓器tx1副邊繞組的中心抽頭電壓逐漸下降為0.5vb，由于0.5vb小于v2dc，第二電感l(wèi)2上的電流il2上升。

如圖7所示，在第一脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的脈沖寬度小于脈沖間隔toff時(shí)，0.5vb>v2dc。在t0～t1之間，第二開(kāi)關(guān)管qs2和第四開(kāi)關(guān)管qs4導(dǎo)通、第一開(kāi)關(guān)管qs1和第三開(kāi)關(guān)管qs3斷開(kāi)，此時(shí)變壓器tx1副邊繞組的中心抽頭電壓逐漸下降為0，由于0小于v2dc，第二電感l(wèi)2上的電流il2上升；在t1～t2之間，第一開(kāi)關(guān)管qs1和第四開(kāi)關(guān)管qs4導(dǎo)通、第二開(kāi)關(guān)管qs2和第三開(kāi)關(guān)管qs3斷開(kāi)，此時(shí)變壓器tx1副邊繞組的中心抽頭電壓逐漸上升為0.5vb，由于0.5vb大于v2dc，第二電感l(wèi)2上的電流il2下降；在t2～t3之間，第二開(kāi)關(guān)管qs2和第四開(kāi)關(guān)管qs4導(dǎo)通、第一開(kāi)關(guān)管qs1和第三開(kāi)關(guān)管qs3斷開(kāi)，此時(shí)變壓器tx1副邊繞組的中心抽頭電壓為0，由于0小于v2dc，第二電感l(wèi)2上的電流il2上升；在t3～t4之間，第二開(kāi)關(guān)管qs2和第三開(kāi)關(guān)管qs3導(dǎo)通、第一開(kāi)關(guān)管qs1和第四開(kāi)關(guān)管qs4斷開(kāi)，此時(shí)變壓器tx1副邊繞組的中心抽頭電壓逐漸上升為0.5vb，由于0.5vb大于v2dc，第二電感l(wèi)2上的電流il2下降。

根據(jù)以上描述，可以看出雙向直流變換器的第二斬波單元52的工作方式實(shí)際上是把第二外接端子v2dc輸入的電壓v2dc以boost變換器類(lèi)似的方式升壓到vb，因此上述雙向直流變換器可以達(dá)到很高的電壓升壓比，從而在寬電壓范圍實(shí)現(xiàn)高效率的能量傳輸。

本發(fā)明還提供一種上述雙向直流變換器在能量由第二外接端子流向第一外接端子時(shí)的控制方法，該方法包括：

計(jì)算獲得目標(biāo)占空比。具體地，該步驟可根據(jù)以下計(jì)算式(4)及預(yù)先設(shè)定的工作周期ts=ton+toff來(lái)計(jì)算獲得目標(biāo)占空比：

其中，v2dc為第二外接端子電壓，ton為第二脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的脈沖寬度，toff為第一脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的脈沖間隔，l1為第一電感的電感量，d為變壓器原邊繞組電壓的占空比(即第二斬波單元輸出電壓的占空比，具體如以下的計(jì)算式(3)所示)，ro為第一外接端子所連接負(fù)載的等效電阻，為所述變壓器原邊繞組和副邊繞組的匝數(shù)比。

如計(jì)算式(4)所示，由于第一外接端子所連接負(fù)載的等效電阻ro為未知的值，因此在根據(jù)第二外接端子到第一外接端子的電壓增益計(jì)算獲得目標(biāo)占空比時(shí)，需要先向第二斬波單元52輸出一個(gè)具有初始占空比的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，并根據(jù)第一外接端子的反饋電壓計(jì)算等效電阻ro，在獲得等效電阻ro后再計(jì)算目標(biāo)占空比，從而使第一外接端子的最終輸出電壓達(dá)到預(yù)設(shè)值。

此外，在根據(jù)第二外接端子到第一外接端子的電壓增益計(jì)算獲得目標(biāo)占空比時(shí)，也可不使用公式(4)，而直接根據(jù)第一外接端子的反饋電壓對(duì)輸出到第二斬波單元52的控制端的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的占空比進(jìn)行連續(xù)的調(diào)整(即根據(jù)第一外接端子反饋的電壓值調(diào)整目標(biāo)占空比)，直到第一外接端子的反饋電壓達(dá)到預(yù)定值。

向第二斬波單元的控制端輸出具有目標(biāo)占空比的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)以使第二斬波單元將第二外接端子的輸入電壓進(jìn)行斬波處理。該步驟具體可包括：向第一開(kāi)關(guān)管的控制端輸出第一脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，所述第一脈沖寬度調(diào)制信號(hào)具有目標(biāo)占空比；向所述第二開(kāi)關(guān)管的控制端輸出第二脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，所述第二脈沖寬度調(diào)制信號(hào)與第一脈沖寬度調(diào)制信號(hào)互補(bǔ)；向所述第三開(kāi)關(guān)管的控制端輸出第三脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，所述第三脈沖寬度調(diào)制信號(hào)具有目標(biāo)占空比，且所述第三脈沖寬度調(diào)制信號(hào)與第一脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的相位差為180度；向所述第四開(kāi)關(guān)管的控制端輸出第四脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，所述第四脈沖寬度調(diào)制信號(hào)與第三脈沖寬度調(diào)制信號(hào)互補(bǔ)。

向第一斬波單元的控制端輸出脈沖寬度調(diào)制信號(hào)使所述第一斬波單元進(jìn)行整流成預(yù)定電壓增益的直流電壓。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。