一种Boost双向DC/DC变换器的制作方法

本实用新型涉及新能源汽车电驱动系统，特别涉及一种Boost双向DC/DC变换器。

背景技术：

当车载电池SOC水平较低，导致逆变器母线电压大幅下降时，或汽车运行状态突然变化（上坡、加速）导致逆变器母线电压突变时，会降低电机在弱磁工作区域的性能，该设备能及时地抬高、稳定母线电压。

现有的、用于解决新能源汽车逆变器母线电压跌落的产品，最大功率都比较小，其结构不适用于大功率、高性能的应用场合。现有的车载Voltage Boost Converter主要有以下缺点：

（1）大都采用电压型控制的单相结构，由于电感和IGBT的容量限制，它们能传递的最大功率较低；

（2）由于其单相结构，在使用场合改变时，设计者必须重新设计其系统参数，而不能方便地拓展变换器容量；

（3）电压型控制方法不能精确地监测、控制电感和IGBT的电流，在系统过流时，只能断开电路使逆变器失电，不适用于功能安全要求较高的新能源汽车系统。

技术实现要素：

本实用新型目的是：提供一种用于接入新能源汽车电池的Boost双向DC/DC变换器，该变换器接入后有以下作用：

（1）当车载电池因SOC水平较低，输出电压大幅下降时，变换器能够提高逆变器母线电压，稳定汽车性能；

（2）当汽车运行状态突然变化（上坡、加速）导致逆变器母线电压突变时，变换器可以迅速将其调节至正常水平；

（3）当汽车电机进入恒功率区工作时，变换器能够抬高母线电压，提高汽车弱磁调速的能力，同时还可以拓展汽车电机恒功率区的范围；

（4）变换能够实现性能可靠的、过程受控的能量回馈；

（5）采用了交错并联的结构，能方便地、模块化地拓展变换器容量。

本实用新型的技术方案是：

一种Boost双向DC/DC变换器，包括三个型号相同的电感、三路上下桥臂的IGBT、输入电容C1、输出电容C2和控制系统；所述三路上下桥臂交错并联，三个电感的一端分别连接三路上下桥臂的IGBT的中间节点，另一端连接直流电源；输入电容C1与直流电源并联，输出电容C2与三路上下桥臂并联；所述控制系统根据各项电感电流和输入、输出电压，闭环控制三路上下桥臂的IGBT，维持电源侧或负载侧电压稳定，同时进行过压、过流监测和保护。

优选的，所述控制系统包括采样模块和控制器模块，所述采样模块包括：各相电感电流采样模块、输入电压采样模块、输出电压采样模块；所述控制器模块包含：电压环控制模块、电流环控制模块、相间均流控制模块、相电流限幅模块、电压给定缓升模块、驱动信号移相模块、故障处理模块。

优选的，所述变换器的同路上下桥臂的IGBT工作在互补导通状态，同时设置死区以避免直通短路。

优选的，所述变换器工作在稳态时，开关S12、S22、S32的占空比相同，驱动电平分别移相120°。

优选的，所述三路IGBT交错并联，且分别移相120度导通，同路IGBT上下桥臂互补导通。

本实用新型的优点是：

（1）本提案采用了交错并联的主电路结构，有效地降低了对功率电感和滤波电容规格的要求；

（2）本提案采用了交错并联的主电路结构，降低了系统拓展容量时的设计成本；

（3）本提案采用了电压电流双闭环控制策略，除了稳定电压以外，还能有效的调节系统电流；

（4）本提案采用了电压电流双闭环控制策略，提高了系统的调节速度和鲁棒性。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为本实用新型Boost双向DC/DC变换器的连接原理图；

图2为A相Boost状态时系统的功率流向示意图；

图3为A相Buck状态时系统的功率流向示意图；

图4为本实用新型Boost双向DC/DC变换器的模块图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型所揭示的Boost双向DC/DC变换器由三个型号相同的电感、三路上下桥臂的IGBT、输入电容C1、输出电容C2和控制系统组成。所述三路上下桥臂交错并联，三个电感L1、L2、L3的一端分别连接三路上下桥臂的IGBT的中间节点，另一端连接直流电源Vg；输入电容C1与直流电源并联，输出电容C2与三路上下桥臂并联,并连接电机系统；所述控制系统根据各项电感电流和输入、输出电压，闭环控制三路上下桥臂的IGBT，维持电源侧或负载侧电压稳定，同时进行过压、过流监测和保护。

变换器同路上下桥臂开关管工作在互补导通状态，同时设置死区以避免直通短路。变换器工作在稳态时，开关S12、S22、S32的占空比均为D,但驱动电平分别移相120°。移相导通可以减小总电感电流纹波，从而允许变换器采用较小的输出电容。

每一相Boost双向DC/DC变换器均工作在相似状态下，某一时刻功率方向完全由电驱系统的状态决定，现以A相为例介绍其工作方式：

Boost状态时，系统的功率流向如图2所示，通过电压电流双闭环控制维持逆变器-电机侧电压稳定，同时进行过压、过流监测和保护；

Buck状态时，系统的功率流向如图3所示，通过电压电流双闭环控制维持电池侧电压稳定，同时进行过压、过流监测和保护。

由于变换器三相器件型号均相同，每一路都具有相同的升压能力。当接入不同容量的电驱系统时，只需要增、减变换器相数，就可以方便地实现升压要求。

总结来说，本方案的Boost双向DC/DC变换器包含以下模块：功率主电路模块、采样模块和控制器模块。模块示意如图4所示：

功率主电路模块包括：多重多相功率电感模块、多重多相功率开关管模块；输入电容模块、输出电容模块。

采样模块包括：各相电感电流采样模块、输入电压采样模块、输出电压采样模块。

控制器模块包括：电压环控制模块、电流环控制模块、相间均流控制模块、相电流限幅模块、电压给定缓升模块、驱动信号移相模块、故障处理模块。

本实用新型的也可以采用三路上下桥臂直接并联的设计方案，三路上下桥臂的IGBT上管三路IGBT上管同时导通、下管同时导通，且工作在互补导通状态下，同样可以实现Boost Bi-DC/DC Converter的基本功能。采用这种设计方法的变换器输出纹波较大，且系统容量变化时，必需重新设计控制参数才能取得较好的控制效果。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。