本发明涉及软开关控制技术，特别是一种双向DC/DC软开关控制系统、方法及港机的混合动力系统。
背景技术：
双向DC/DC变换器，能将一种直流电能转换成另一种形式的直流电能，主要对电压、电流实现变换。它在可再生能源、电力系统、交通、航天航空、计算机和通讯、家用电器、国防军工、工业控制等领域得到了广泛的应用。
现有技术中采用双向DC/DC设计的功率模块在使用时，通常由于半导体元件特性导致开关损耗很高，效率较低，频率无法提升，从而造成能源的浪费和成本的提高。传统解决方案的双向DC/DC功率模块由两个电容、两个开关管、一个电感以及控制电路组成。然而其突出的缺点在于：体积大、成本高、重量重且效率不高，不利于批量生产，不适用于对体积、重量、成本要求严格的行业，比如港机的混合动力系统对体积和重量有着明确的限制。
技术实现要素：
本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种体积小，成本低，重量轻的双向DC/DC软开关控制系统、方法及港机的混合动力系统。
本发明的技术方案是：
本发明之一种双向DC/DC软开关控制系统，包括第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、母线电容C1和滤波电容C2；
所述第一开关管S1和第二开关管S2串联连接后与相互串联的第三开关管S3和第四开关管S4并联连接；
所述第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3和第四开关管S4的两端分别并联有第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4；
所述第一开关管S1和第二开关管S2之间具有第一节点，所述第三开关管S3和第四开关管S4之间具有第二节点；所述第一节点连接第二电感L2的一端，所述第二节点连接第三电感L3的一端，所述第二电感L2与第三电感L3的另一端均与第一电感L1串联连接；
所述第一电感L1与滤波电容C2串联连接；
所述第一开关管S1和第二开关管S2串联连接后，以及第三开关管S3和第四开关管S4串联连接后，均与母线电容C1并联连接；
所述母线电容C1的两端连接直流电源输入端，滤波电容C2的两端连接直流电源输出端。
进一步，所述第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4分别为第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3和第四开关管S4的寄生二极管或外置二极管。
进一步，所述母线电容C1的两端还连接辅助电源。
进一步，所述直流电源输入端的直流电压通过市电经由整流器获得。
进一步，所述直流电源输出端连接直流负载或通过DC/AC转换装置连接交流负载供电。
进一步，所述第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3同时封装在灌胶的铝盒中，并引出三根电源线。
本发明之一种根据前述双向DC/DC软开关控制系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤1：当需要直流电源输出端的连接设备作为负载时，轮流导通第一开关管S1、第三开关管S3来调整占空比，由直流电源输入端为负载供电，使负载工作；
步骤2：当需要直流电源输出端的连接设备作为供电端时，轮流导通第二开关管S2、第四开关管S4来调整占空比，为母线电容C1充电。
进一步，步骤（1）中，所述轮流导通第一开关管S1、第三开关管S3，使得第一电感L1的频率为第一开关管S1的频率与第三开关管S3的频率之和；或者，
步骤（2）中，所述轮流导通第二开关管S2、第四开关管S4，使得第一电感L1的频率为第二开关管S2的频率与第四开关管S4的频率之和。
本发明之一种港机的混合动力系统，其包括前述的双向DC/DC软开关控制系统和/或采用前述双向DC/DC软开关的控制方法实施。
进一步，所述负载为起升电机。
本发明的有益效果：
（1）能够避免开关管开启时导通电流突变，减小开关损耗，降低电压尖峰，并且能够减小二极管的反向恢复损耗，从而提高效率；
（2）能够使得电感的工作频率提高1倍，进而减小电感的尺寸，实现轻量化；
（3）特别适用于对体积、重量、成本要求严格的行业。
附图说明
图1是本发明实施例控制系统的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示：一种双向DC/DC软开关控制系统，包括第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、母线电容C1和滤波电容C2；
第一开关管S1和第二开关管S2串联连接后与相互串联的第三开关管S3和第四开关管S4并联连接；第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3和第四开关管S4的两端分别并联有第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4；
第一开关管S1和第二开关管S2之间具有第一节点，所述第三开关管S3和第四开关管S4之间具有第二节点；所述第一节点连接第二电感L2的一端，所述第二节点连接第三电感L3的一端，所述第二电感L2与第三电感L3的另一端均与第一电感L1串联连接；第一电感L1与滤波电容C2串联连接；
第一开关管S1和第二开关管S2串联连接后，以及第三开关管S3和第四开关管S4串联连接后，均与母线电容C1并联连接；母线电容C1的两端连接直流电源输入端，滤波电容C2的两端连接直流电源输出端。
本实施例通过在现有技术的基础上增加两个开关管（如第三开关管S3和第四开关管S4）和两个电感（第二电感L2与第三电感L3），使得开关管在开通时进入软开关状态，彻底解决了功率模块的开通损耗问题，同时增加两个开关管后，电感的频率加倍，电感尺寸可以做到更小，从而实现整体的轻量化。
本实施例特别适用于港机的混合动力系统，下面以港机的混合动力系统为例进行具体说明。本实施例的港机是指港口起重机，它是集装箱码头装卸的核心设备,因此要求这些设备高效、可靠,并易于维护。对于港机的混合动力系统大功率变流器，通过采用双向DC/DC设计的功率模块。
本实施例中，母线电容C1的两端还连接辅助电源，用于为照明设备、空调设备等辅助设备提供电源。直流电源输入端的直流电压通过市电经由整流器获得，整流器通过DC母线连接母线电容C1的两端。直流电源输出端经逆变器连接起升电机。
优选地，第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3同时封装在一个灌胶的铝盒中，引出3根电源线，方便接线；第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4分别为第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3和第四开关管S4的寄生二极管；母线电容C1为超级电容器；第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4为IGBT开关管。
本实施例的工作原理为：当提起货物时，起升电机作为负载，第一开关管S1和第三开关管S3轮流导通，调整占空比给逆变器供电，使起升电机工作。放下货物时，起升电机作为发电机，第二开关管S2和第四开关管S4轮流导通，调整占空比给母线电容C1充电，并同时为辅助电源供电，从而大大提高港机混合动力系统的大功率变流器的工作效率。
本实施例中，第一开关管S1和第三开关管S3轮流导通的工作原理为：
（1）当第一开关管S1开通时，电流经过第二电感L2，再流经第一电感L1，由于第一电感L1的电流连续，第二电感L2的电流从零开始上升至第一电感L1的电流值，所以第一开关管S1的开通为零电流开通，开通损耗几乎为零；当第二电感L2电流上升时，第三电感L3的电流慢慢变为零，第四二极管D4的电流慢慢变为零，所以第四二极管D4的反向恢复损耗几乎为零。
（2）当第一开关管S1关断时，第二电感L2与第一电感L1电流一致，第二二极管D2为电感续流，输入电流被切断，第二电感L2、第一电感L1、第二二极管D2与滤波电容C2组成电流回路，达到降压的目的。
（3）当第三开关管S3开通时，电流经过第三电感L3，再流经第一电感L1，由于第一电感L1的电流连续，第三电感L3的电流从零开始上升至第一电感L1的电流值，所以第三开关管S3的开通为零电流开通，开通损耗几乎为零；第三电感L3电流上升时，第二电感L2的电流慢慢变为零，第二二极管D2的电流慢慢变为零，所以第二二极管D2的反向恢复损耗几乎为零。
（4）当第三开关管S3关断时，第三电感L3与第一电感L1电流一致，第四二极管D4为电感续流，输入电流被切断，第二电感L2、第一电感L1、第四二极管D4与滤波电容C2组成电流回路，达到降压的目的。
本实施例通过交错开通第一开关管S1、第三开关管S3的占空比，第一开关管S1、第三开关管S3错开时间可根据具体电路应用和最优效率做出调整，由于第一开关管S1、第三开关管S3在时间上有错开，所以第一电感L1的频率为第一开关管S1的频率加第三开关管S3的频率，使得电感工作频率能提高1倍，从而使得第一电感L1可以减小尺寸，实现轻量化。
另外，本实施例在第一开关管S1、第三开关管S3工作时，第二电感L2，第三电感L3的存在可以避免第一开关管S1、第三开关管S3开启时导通电流突变。这样，能减小开关管的开关损耗，降低第一开关管S1、第三开关管S3的电压尖峰，并且能够减小第二二极管D2、第四二极管D4的反向恢复损耗，从而提高效率。
本实施例中，第二开关管S2和第四开关管S4轮流导通的工作原理为：
（1）当第二开关管S2开通时，电流经过第一电感L1，再流经第二电感L2，由于第一电感L1的电流连续，第二电感L2的电流从零开始上升至第一电感L1的电流值，所以第二开关管S2的开通为零电流开通，开通损耗几乎为零；当第二电感L2电流上升时，第三电感L3的电流慢慢变为零，第三二极管D3的电流慢慢变为零，所以第三二极管D3的反向恢复损耗几乎为零。
（2）当第二开关管S2关断时，第二电感L2与第一电感L1电流一致，第一二极管D1为电感续流，电流通过第一电感L1、第二电感L2与滤波电容C2串联，母线电容C1被充电，电压升高，达到升压的目的。
（3）当第四开关管S4开通时，电流经过第一电感L1，再流经第三电感L3，由于第一电感L1的电流连续，第三电感L3的电流从零开始上升至第一电感L1的电流值，所以第三开关管S3的开通为零电流开通，开通损耗几乎为零；第三电感L3电流上升时，第二电感L2的电流慢慢变为零，第一二极管D1的电流慢慢变为零，所以第一二极管D1的反向恢复损耗几乎为零。
（4）当第四开关管S4关断时，第三电感L3与第一电感L1电流一致，第三二极管D3为电感续流，电流通过第一电感L1、第三电感L3与滤波电容C2串联，母线电容C1被充电，电压升高，达到升压的目的。
本实施例通过交错开通第二开关管S2和第四开关管S4的占空比，第二开关管S2和第四开关管S4的错开时间可根据具体电路应用和最优效率做出调整，由于第二开关管S2和第四开关管S4在时间上有错开，所以第一电感L1的频率为第二开关管S2的频率加第四开关管S4的频率，电感工作频率能提高1倍，从而第一电感L1可以减小尺寸，减轻重量。
另外，本实施例在第二开关管S2、第四开关管S4工作时，第二电感L2，第三电感L3的存在可以避免第二开关管S2、第四开关管S4开启时导通电流突变。这样，能减小开关管的开关损耗，降低第二开关管S2、第四开关管S4的电压尖峰，并且能够减小第一二极管D1、第三二极管D3的反向恢复损耗，从而提高效率。
整体而言，本实施例彻底解决了开关管的开通损耗问题和二极管的反向恢复损耗，能够保证在不增加成本和重量的条件下，大大提高了系统的效率，特别适用于对体积、重量、成本要求严格的行业。