关键词：双向DC/DC变换器；数字控制；设计
新能源的开发利用是我国当下现阶段的一大重要发展方向，在电子电力学的大力发展下，控制技术成熟，并产生了双向DC/DC拓扑结构和控制策略，通过双向DC/DC变换器有效的实现了功率的双向流动。双向DC/DC变换器的数字控制与研究也正在不断的发展，极大地推动了新技术、新产品的发展。
一、双向DC/DC变换器发展及问题
世界上第一台数字DC/DC电力变换器诞生于上世纪70年代，但是由于计算机的处理速度有限，所以变换器功率管开关频率仅达到100HZ。在制约数字DC/DC变换器中数字控制处理器是一个十分关键的因素。DC/DC变换器的数字控制技术不断的发展，数字控制处理器成本和体积额降低，更加推进了DC/DC电力变换器的数字化。
近些年来，各个国家的数字控制器及相应的数字化技术都得到了很大的发展。许多公司推出数字电源产品，比如：TI、EMERSON等。在现代技术不断进步的今天，数字控制技术的大力发展不仅为双向DC/DC变换器的发展提供了重要的保障，还为数字电源成为大规模商用产品奠定了坚实的基础[1]。
双向DC/DC变换器主要用于一些高电压大功率的场所，刚一启动因为缺乏电流控制能力，所以可能会导致电流产生并损坏功率开关管。而且在此同时还会产生很大的电压尖峰，导致功率开关管的损害，另外较大的电压尖峰也会产生电磁干扰。
用数字控制器的电力转换器所存在的问题主要是数字控制器对系统的响应是瞬时的，速度比较慢，需要通过控制器资源的合理分配以及软件程序的合理编程才能够在一定程度上对其进行弥补。数字控制器需要采集信号，该信号是离散的，前后采样存在一定的时间间隔，通常需要在每个开关周期完成多项工作，A/D采集、转换、数据拟合、算法计算以及PWM输出环节等，这样一来能够提高系统控制准确性[2]。而这对数字控制器的软件代码提出了更高的要求，需要优化软件代码，提高代码效率，实现数字控制器的单周期控制。
二、双向DC/DC变换器数字控制设计
双向DC/DC变换器需要直流电力变换器来对数字控制器进行有效控制，进而对功率流动的方向进行调节。双向DC/DC电力变换器包括非隔离型、隔离型，非隔离型双向DC/DC变换器可以通过数字控制器控制功率器件的导通、关断模式对能量实现双向流通。该种模式存在几点缺点，首先是DC/DC电力变换器两端对开关器件应力要求比较高，其次是稳定性和安全性较差，无法很好地实现短路保护，最后是难以实现电压大变化转换，在电力变换器的动态响应速度中会有所下降。还有一种模式就是隔离型双向DC/DC电力转换器，该种方式能够保证形同运行的稳定性和安全性，而且当存在短路情况时，也能够及时的关断功率器件，对短路情况进行保护。隔离型的双向DC/DC电力转换器，种类较多，比较复杂。在此隔离型双向DC/DC电力转换器还可以更进一步分类为半桥型、全桥型、推挽型相互结合以及派生电路相互组合。电压型全桥变换器存在一系列的特点，比如交换器效率低、变压器设计成本高，不能在同一时间段内对变换器的两端进行升降压。这种类型的双向DC/DC电力转换器无法完成设计指标要求，所以在实际中一般都不会使用这种方案[3]。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
电流电压型双向直流电力调节器全桥拓扑一般都是用在电源侧为电流源的大功率场合。与全桥式双向DC/DC电力转换器控制方式相似。电压电流源全桥式双向DC/DC拓扑一端输入不同，一侧为电压源输入，另一侧是电流源输入，该种拓扑存在一些缺点，启动这一阶段没有对电流控制的能力和设备，容易产生冲击电流，而且存在漏感，很容易和寄生电容谐振，产生电流干扰。双向DC/DC电力转换器具有较高的隔离电压输出和高功率频率，要求直流电压和电流的稳定，系统的快速响应和较小的输出超调，而这就需要对系统增加一定的反馈环节，对系统进行闭环控制。
数字控制算法可以通过模糊控制方法来提高系统的效能，但是模糊控制方法对于变换器系统的控制也存在一定的缺点，难以对系统稳态精度进行控制，会对系统的输出精度产生不利的影响。数字控制器软件是双向DC/DC电力转换器的核心，其运行关乎到整个系统的实时运行。一般情况下，数字控制器所具有的几大功能就是实时控制调节、数据控制、检测保护以及数据通信。实时控制调节是数字控制软件需要对双向DC/DC电力转换器的工作模式进行实时的切换，采用先进的控制算法对输出电压电流进行严格的控制，对风扇运行进行开关，对功率器件的温度进行控制等等。在数据检测这一方面主要是对系统bus端和bat端电压与电流、IGBT功率模板温度检测等，数字控制器对采集到的数据在进行数字滤波，完成数据的拟合。数据通信方面主要是通过外部控制器对双向DC/DC电力转换器数字控制器发送指令，对目标进行实时控制[4]。
在放电模式情况下，输入端串联大电感，这时就要求四个开关管所组成的全桥不能够同时关断，一旦全部同时关掉，就无法释放储存在电感中的能量，然后就会产生高的电压尖峰，进而对功率器件进行烧毁。所以必须要改进这一问题，针对这一问题主要提出的一种方式就是对传统的双极性控制方式进行改进。在改进过程中需要对放电主电路拓扑进行分析和假设，探究其中电压尖峰以及电感等。
放电模式启动中存在的问题也就是电感、电流、电压等，在放电模式下，变换器拓扑是一个Boost型变换器，一开始放电启动尚且没有建立输出电压，而且输出电容上也没有加以电压。所以如果在这一阶段就直接进入工作状态很容易将蓄电池的电压加在大电感两端，并引起其电流的增大，很容易引起变换器等的损坏。面对放电模式下启动问题，特地就软启动电路进行设计和分析，因为没有启动阶段没有输出电压，所以可以在该电路中增加一个启动辅助电路，为原电路提供输出电压。输出电压的设定要求折算到原边不能够低于输入电压。除了输出电压，还需要对软启动中的PWM控制方式进行设计，在软启动的变换器工作中，反击绕组提供输出端能量，在这一控制方式中可以根据不同的电力学和电路设计来设定不同的运行模式。
三、结语
当下我国经济发展的确是十分迅速，这为我国能源利用和开发既带来了机遇，又带来了阻碍，借助经济优势能够有效的对能源利用和开发技术进行研究和设计。当下双向DC/DC变化器的数字控制研究与设计仍然是在一个求知、探索的过程，在实际发展阶段的确存在或多或少的缺点，但是不可否认的是双向DC/DC变化器的数字控制为能源利用和开发所带来的有利影响。在此希望相关工作者和研究者能够多加利用电力学基础，加强理论设计，并在实践环节中不断的对该项技术进行创新和完善。
参考文献：
[1]刘佳. DC-DC变换器建模与数字化控制[D].浙江大学,2016.
[2]晏坤. 用于混合储能系统的双向DC-DC变换器及其控制策略研究[D].山东大学,2015.
[3]梅寒洁. 一种功率因数校正（PFC）变换器数字控制方法的研究[D].浙江大学,2014.
[4]娄德海. 双向双桥串联谐振移相DC/DC变换器及其组合模块研究[D].燕山大学,2013.
论文作者:李东 顾莉
论文发表刊物:《科技新时代》2018年1期
论文发表时间:2018/3/27
标签：变换器论文; 双向论文; 电压论文; 电力论文; 电流论文; 控制器论文; 数字论文; 《科技新时代》2018年1期论文;