環(huán)境污染與能源危機(jī)使可再生能源愈發(fā)受到關(guān)注。由于新能源的間歇性和隨機(jī)性，分布式發(fā)電系統(tǒng)需要儲(chǔ)能單元的配合才能具有穩(wěn)定輸出。但是，系統(tǒng)中低壓儲(chǔ)能單元與中壓直流母線的電壓等級(jí)差距一般較大。因此，需要一種高增益雙向DC-DC變換器作為其接口電路。其中，隔離型高增益雙向DC-DC變換器以其電氣隔離，易于高頻化、小型化，易于實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)等優(yōu)勢(shì)而得到應(yīng)用廣泛。

在眾多電壓型高增益雙向DC-DC變換器中，雙有源橋變換器得到了廣泛的研究。全橋型雙有源橋變換器是由一個(gè)變壓器連接的兩個(gè)全橋電路，在變壓器的一側(cè)串聯(lián)一個(gè)電感Lp，通過(guò)控制雙有源橋變換器的橋間移相角來(lái)改變變換器的功率傳輸方向，控制橋內(nèi)移相角保證開(kāi)關(guān)管實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)通（Zero Voltage Switch, ZVS）。但變換器工作在輕載條件時(shí)，高壓側(cè)開(kāi)關(guān)管不能實(shí)現(xiàn)ZVS，嚴(yán)重影響變換器的效率。

有學(xué)者在傳統(tǒng)電壓型雙有源橋拓?fù)涞幕A(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，在變壓器的高壓側(cè)增加一個(gè)中心抽頭，通過(guò)電感LH與電容橋臂中點(diǎn)相連。改變高壓側(cè)橋內(nèi)移相角就可以在全負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的ZVS，相對(duì)于傳統(tǒng)雙有源橋，其電壓增益也提升了兩倍。但是，當(dāng)變換器低壓側(cè)電壓波動(dòng)范圍較寬時(shí)，改進(jìn)型雙有源橋變換器并不能在全功率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)ZVS。

與此同時(shí)，以LLC諧振型變換器為基礎(chǔ)的電壓型高增益雙向DC-DC變換器也受到了廣泛的關(guān)注。

• 有學(xué)者在電壓型全橋雙向變換器中加入了LLC諧振網(wǎng)絡(luò)，該電路可在全負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)通和零電流關(guān)斷（Zero Current Switch, ZCS）。
• 有學(xué)者為了使電壓型變換器正反向工作時(shí)的電路形式相同，在二次側(cè)加入了輔助電感，該改進(jìn)措施可使電路對(duì)稱，且易于實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)。以上方案所提出的變換器均具有良好的特性，但是，該電壓型變換器在低壓大電流輸入的場(chǎng)合下，低壓側(cè)電流紋波較大，變換器效率會(huì)變低。
• 據(jù)此，有學(xué)者提出了一種電流型Boost半橋雙向隔離變換器，高壓側(cè)為倍壓整流電路，有效提高了變換器的電壓增益，但是當(dāng)變換器工作在較輕負(fù)載時(shí)難以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的ZVS。
• 針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，有學(xué)者提出了一種新型的電流型半橋雙向隔離DC-DC變換器。通過(guò)在變換器高壓側(cè)串聯(lián)電感，采用移相控制調(diào)節(jié)高壓側(cè)的電感電流，實(shí)現(xiàn)了變換器全功率范圍內(nèi)的ZVS。
• 有學(xué)者中的兩電感電流型雙向變換器，在低壓大電流輸入時(shí)，不僅低壓側(cè)電流紋波小、開(kāi)關(guān)導(dǎo)通損耗低，而且可以實(shí)現(xiàn)較高的電壓增益。

然而，當(dāng)變換器工作在正向升壓模式時(shí)，低壓側(cè)開(kāi)關(guān)管關(guān)斷過(guò)程中會(huì)由于變壓器漏感而產(chǎn)生較大的關(guān)斷尖峰，不利于開(kāi)關(guān)管的正常運(yùn)行。對(duì)于開(kāi)關(guān)管關(guān)斷尖峰問(wèn)題，一般采用有源鉗位電路或者RCD緩沖電路來(lái)抑制關(guān)斷尖峰。

值得注意的是，有源鉗位會(huì)增加開(kāi)關(guān)管的個(gè)數(shù)，提高電路復(fù)雜性，同時(shí)剩余電流裝置（Residual Current Device, RCD）電路會(huì)消耗一部分功率，降低了變換器的傳輸效率。

據(jù)此，有學(xué)者提出一種新型高變換比雙向DC-DC變換器，該變換器具有電壓變換比高、低壓側(cè)電流紋波小等優(yōu)勢(shì)，但該變換器低壓側(cè)開(kāi)關(guān)管不能全部實(shí)現(xiàn)ZVS，導(dǎo)致部分開(kāi)關(guān)管電壓應(yīng)力較大。

針對(duì)高增益雙向變換器存在的上述問(wèn)題，為了減小變換器低壓側(cè)電流紋波，進(jìn)一步提高變換器增益，本文提出一種電流型高增益雙向DC-DC變換器。通過(guò)在低壓側(cè)全橋電路兩個(gè)橋臂中點(diǎn)加入兩個(gè)交錯(cuò)工作的Boost輸入電感，提高了變換器電壓增益且減小了低壓側(cè)電流的紋波。

并且該變換器在低壓側(cè)加入了LLC諧振網(wǎng)絡(luò)，控制開(kāi)關(guān)頻率小于LLC的諧振頻率，可實(shí)現(xiàn)低壓側(cè)所有開(kāi)關(guān)管的ZVS開(kāi)通。變換器高壓側(cè)是倍壓整流電路，進(jìn)一步增大了變換器增益；利用變壓器漏感Lk和諧振電容Ck諧振，為高壓側(cè)開(kāi)關(guān)管創(chuàng)造了ZCS關(guān)斷的條件。

該變換器采用脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation, PWM）+脈沖頻率調(diào)制（Pulse Frequency Modulation, PFM）控制策略，可保證低壓側(cè)開(kāi)關(guān)管實(shí)現(xiàn)ZVS，高壓側(cè)開(kāi)關(guān)管實(shí)現(xiàn)ZVS、ZCS，減小了開(kāi)關(guān)損耗。因此，該變換器具有高增益、電流紋波小、效率高等優(yōu)勢(shì)，適用于作為新能源發(fā)電系統(tǒng)的電力電子接口。

圖1 電流型雙向直流變換器電路拓?fù)?/p>

結(jié)論

為了減小高增益雙向DC-DC變換器低壓側(cè)的電流紋波，進(jìn)一步提高變換器增益，本文提出了一種電流型高增益雙向DC-DC變換器，提出的變換器具有以下優(yōu)勢(shì)：

• 1）該變換器在低壓側(cè)全橋電路的兩個(gè)橋臂中點(diǎn)連接兩個(gè)交錯(cuò)工作的Boost輸入電感，可增大變換器增益并減小低壓側(cè)電流紋波并提高電壓增益。
• 2）該變換器在低壓側(cè)加入了LLC諧振網(wǎng)絡(luò)，控制開(kāi)關(guān)頻率小于LLC的諧振頻率，在提高電壓增益的同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)了低壓側(cè)所有開(kāi)關(guān)管的ZVS。
• 3）變換器高壓側(cè)為倍壓整流電路，在原有基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高了電壓增益，且利用變壓器漏感Lk和諧振電容Ck諧振，可實(shí)現(xiàn)高壓側(cè)開(kāi)關(guān)管的ZVS和ZCS，減小了開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通損耗，提高了變換器效率。該變換器具有高增益、低壓側(cè)電流紋波小、效率高等優(yōu)勢(shì)，適于作為新能源發(fā)電系統(tǒng)的電力電子接口。