一种Boost双向DC/DC变换器的制作方法

本发明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voltageboostconverter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：

本发明目的是：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。

本发明的技术方案是：

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。

本发明的优点是：

（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发明作进一步描述：

图1为本发明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为本发明boost双向dc/dc变换器的模块图。

具体实施方式

如图1所示，本发明所揭示的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。

本发明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boostbi-dc/dcconverter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发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种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；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。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、滤波电容规格的要求，和系统拓展容量时的设计成本；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，提高了系统的调节速度和鲁棒性。

技术研发人员：刘蕾;郭梓暄;班建安;范佳伦;王强龙
受保护的技术使用者：合肥巨一动力系统有限公司
技术研发日：2017.11.28
技术公布日：2018.02.16