CN104578773A - 一种用于双向dc/dc变换器的软开关电路及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于双向DC/DC变换器的软开关电路，包括依次串联的输入电压源V_h、第二主开关管S₂、主电感L_m、输出电压源V_l，主电感L_m、输出电压源V_l的两端并联有第一主开关管S₁，第二主开关管S₂与第二辅助开关管S_a2连接，第二主开关管S₂与第二辅助开关管S_a2之间连接有谐振电容C_r，第二辅助开关管S_a2还与第三辅助开关管S_a3连接，第三辅助开关管S_a3连接有谐振电感L_r的一端和第一辅助开关管，谐振电感L_r的另一端与第一主开关管S₁连接，第一辅助开关管S_a1与第一主开关管S₁连接。本发明还公开了用于双向DC/DC变换器的软开关电路的控制方法，实现了Buck-Boost模式下的软开关；同时在Buck模式下既可为蓄电池充电，又可为超级电容充电。

Description

一种用于双向DC/DC变换器的软开关电路及控制方法

技术领域

本发明属于电动汽车系统、不间断电源系统技术领域，具体涉及一种用于双向DC/DC变换器的软开关电路，本发明还涉及用于双向DC/DC变换器的软开关电路的控制方法。

背景技术

随着电力电子技术的发展，电动汽车成功解决了环境污染、能源短缺等问题。蓄电池作为关键部分，能够将汽车在制动过程中的能量加以回收利用。随着车辆加减速次数及蓄电池充放电次数的增大，严重缩短了蓄电池的寿命。超级电容作为辅助电源，具有充电迅速、效率高、寿命长等优点，能够满足汽车在启动过程中的功率需求。但由于超级电容本身特性使得汽车行驶里程短。因此针对蓄电池以及超级电容的混合动力汽车的充放电技术在许多国家中得到了足够的重视，陆续开展了广泛的研究。

目前，为了促进混合动力电动汽车商业化发展，汽车行业在蓄电池、超级电容等储能设备上加强了研究。双向DC/DC变换器能够实现对储能设备的充放电，传统的Buck-Boost电路有如下缺点：电路输出侧纹波大，导致电路效率降低甚至能够烧毁设备；二极管反向恢复时间长，它能够产生大的电流尖峰，造成电路损坏使电路的可靠性降低；开关管在开通与关断过程中，管子上的电流与电压同时上升或下降并且随着开关频率的增大，产生很大的开关损耗；电磁干扰严重，随着频率的提高，电路中的di/dt和dv/dt增大，从而产生电磁干扰(EMI)，影响周围的设备工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于双向DC/DC变换器的软开关电路，解决了现有Buck-Boost电路中开关管的开关损耗大的问题。

本发明的另一目的是提供用于双向DC/DC变换器的软开关电路的控制方法。

本发明所采用的第一种技术方案是，包括依次串联的输入电压源V_h、第二主开关管S₂、主电感L_m、输出电压源V_l，输入电压源V_h的负极与输出电压源V_l的负极连接，主电感L_m、输出电压源V_l的两端并联有第一主开关管S₁，第二主开关管S₂的集电极与第二辅助开关管S_a2的集电极连接，第二主开关管S₂的发射极与第二辅助开关管S_a2的发射极之间连接有谐振电容C_r，第二辅助开关管S_a2的发射极还与第三辅助开关管S_a3的集电极连接，第三辅助开关管S_a3的发射极连接有谐振电感L_r的一端和第一辅助开关管S_a1的集电极，谐振电感L_r的另一端与第一主开关管S₁的集电极连接，第一辅助开关管S_a1的发射极与第一主开关管S₁的发射极连接。

本发明第一种技术方案的特点还在于，

第一主开关管S₁、第二主开关管S₂、第一辅助开关管S_a1、第二辅助开关管S_a2、第三辅助开关管S_a3均为携带反并联二极管或具有反并联二极管特性的可关断功率开关器件。

本发明所采用的第二种技术方案是，一种用于双向DC/DC变换器的软开关电路的控制方法，

具体按照以下步骤实施：

步骤1、分别产生用于驱动第一主开关管S₁、第二主开关管S₂、第一辅助开关管S_a1、第二辅助开关管S_a2、第三辅助开关管S_a3的第一脉冲序列Vs_s1、第二脉冲序列Vs_s2、第三脉冲序列Vs_sa1、第四脉冲序列Vs_sa2、第五脉冲序列Vs_sa3；

步骤2、步骤1中的产生的第一脉冲序列Vs_s1、第三脉冲序列Vs_sa1通过驱动电路分别驱动第一主开关管S₁、第一辅助开关管S_a1，即实现了Boost模式下的软开关；

步骤1中的产生的第二脉冲序列Vs_s2、第四脉冲序列Vs_sa2、第五脉冲序列Vs_sa3通过驱动电路分别驱动第二主开关管S₂、第二辅助开关管S_a2、第三辅助开关管S_a3，即实现了Buck模式下的软开关。

本发明第二种技术方案的特点还在于，

第二脉冲序列Vs_s2的产生方法为：通过DSP产生基础PWM波Vs_Buck，将基础PWM波Vs_Buck延迟ΔT1后生成的信号与基础PWM波Vs_Buck进行逻辑与，产生的脉冲序列为第二脉冲序列Vs_s2；

第四脉冲序列Vs_sa2的产生方法为：将第二脉冲序列Vs_s2取反得到信号s1，将第二脉冲序列Vs_s2延迟ΔT4生成的信号与第二脉冲序列Vs_s2进行逻辑与得到信号s2，信号s1与信号s2逻辑或得到生成信号s3，第二脉冲序列Vs_s2延迟ΔT3生成的信号与第二脉冲序列Vs_s2进行逻辑与再取反后得到信号s4，信号s3与信号s4进行逻辑或，产生的脉冲序列为第四脉冲序列Vs_sa2；

第五脉冲序列Vs_sa3的产生方法为：通过DSP产生基础PWM波Vs_Buck，第二脉冲序列Vs_s2延迟ΔT2后取反所产生的信号与基础PWM波Vs_Buck进行逻辑与，产生的脉冲序列为第五脉冲序列Vs_sa3。

ΔT1＝3μs，ΔT2＝2μs，ΔT3＝1μs，ΔT4＝5μs。

第二脉冲序列Vs_s2的产生方法为：通过DSP产生基础PWM波Vs_Buck，将基础PWM波Vs_Buck延迟ΔT1后生成的信号与基础PWM波Vs_Buck进行逻辑与，产生的脉冲序列为第二脉冲序列Vs_s2；

第四脉冲序列Vs_sa2的产生方法为：将第二脉冲序列Vs_s2延迟ΔT3生成的信号与第二脉冲序列Vs_s2进行逻辑与得到信号s1，将信号s1延迟ΔT4生成信号s2，将信号s2、信号s1进行逻辑与得到信号s3，将信号s3与信号s1进行逻辑异或所生成的信号取反得到信号s4，将第二脉冲序列Vs_s2取反的信号与信号s4进行逻辑或，产生的脉冲序列为第四脉冲序列Vs_sa2；

第五脉冲序列Vs_sa3的产生方法为：通过DSP产生基础PWM波Vs_Buck，第二脉冲序列Vs_s2延迟ΔT2后取反所产生的信号与基础PWM波Vs_Buck进行逻辑与，产生的脉冲序列为第五脉冲序列Vs_sa3。

ΔT1＝3μs，ΔT2＝2μs，ΔT3＝2μs，ΔT4＝4μs。

本发明的有益效果是：

本发明中采用谐振电感Lr、谐振电容C_r并联谐振，使得Boost模式或Buck模式下第一主开关管S₁或第二主开关管S₂零电压开通，降低了开关损耗；同时本发明中Buck模式中为蓄电池充电中第二辅助开关管S_a2、第三辅助开关管S_a3同时关断，通态电流较小，能够为蓄电池充电；本发明中Buck模式中为超级电容充电中使得所有开关管均能实现软开通和软关断，极大的降低了开关损耗，能够快速稳定的为超级电容充电。

附图说明

图1是本发明中用于双向DC/DC变化器的软开关电路的拓扑图；

图2是本发明中Boost模式下各时刻波形图；

图3是本发明中Boost模式下各时刻工作模式图；

图4是本发明中Buck模式下给蓄电池充电中的三个脉冲序列的产生原理图；

图5是本发明中Buck模式下给蓄电池充电的各时刻波形图；

图6是本发明中Buck模式下给蓄电池充电的各时刻工作模式图；

图7是本发明中Buck模式下给超级电容充电中的第四脉冲序列Vs_sa2的产生原理图；

图8是本发明中Buck模式下给超级电容充电的各时刻波形图；

图9是本发明中Buck模式下给超级电容充电的各时刻工作模式图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

一种用于双向DC/DC变换器的软开关电路，拓扑结构如图1所示，包括依次串联的输入电压源V_h、第二主开关管S₂(第二主开关管S₂采用绝缘栅极双极晶体管IGBT，第二主开关管S₂的集电极和发射极之间反并联第二体二极管D₂)、主电感L_m、输出电压源V_l(也就是带充放电的对象，即蓄电池或者超级电容，即本发明中给蓄电池或者超级电容充放电也就是给输出电压源V_l进行充放电)，输入电压源V_h的负极与输出电压源V_l的负极连接，主电感L_m、输出电压源V_l的两端并联有第一主开关管S₁(第一主开关管S₁采用绝缘栅极双极晶体管IGBT，第一主开关管S₁的集电极和发射极之间反并联第一体二极管D₁)，第二主开关管S₂的集电极与第二辅助开关管S_a2(第二辅助开关管S_a2采用绝缘栅极双极晶体管IGBT，第二辅助开关管S_a2的集电极和发射极之间反并联第二辅助体二极管D_a2)的集电极连接，第二主开关管S₂的发射极与第二辅助开关管S_a2的发射极之间连接有谐振电容C_r，第二辅助开关管S_a2的发射极还与第三辅助开关管S_a3(第三辅助开关管S_a3采用绝缘栅极双极晶体管IGBT，第三辅助开关管S_a3的集电极和发射极之间反并联第三辅助体二极管D_a3)的集电极连接，第三辅助开关管S_a3的发射极连接有谐振电感L_r的一端和第一辅助开关管S_a1(第一辅助开关管S_a1采用绝缘栅极双极晶体管IGBT，第一辅助开关管S_a1的集电极和发射极之间反并联第一辅助体二极管D_a1)的集电极，谐振电感L_r的另一端与第一主开关管S₁的集电极连接，第一辅助开关管S_a1的发射极与第一主开关管S₁的发射极连接。

一种用于双向DC/DC变换器的软开关电路的控制方法，具体按照以下步骤实施：

①实现Boost模式下的软开关

步骤1、分别产生用于驱动第一主开关管S₁、第一辅助开关管S_a1的第一脉冲序列Vs_s1(第一脉冲序列Vs_s1为PWM波)、第三脉冲序列Vs_sa1(第三脉冲序列Vs_sa1为PWM波)，(即关断第二主开关管S₂、第二辅助开关管S_a2、第三辅助开关管S_a3)，

步骤2、步骤1中的产生的第三脉冲序列Vs_sa1通过驱动电路驱动第一辅助开关管S_a1，然后第一脉冲序列Vs_s1通过驱动电路驱动第一主开关管S₁，第一主开关管S₁开通后关断第一辅助开关管S_a1，即实现了Boost模式下的软开关。

如图2所示为本发明中Boost模式下各时刻波形图，包括第一主开关管S₁两端的电压与电流波形，第一辅助开关管S_a1两端的电压与电流波形，谐振电感L_r两端的电压电流波形，谐振电容C_r两端的电流电压波形，第二体二极管D₂、第二辅助体二极管D_a2、第三辅助体二极管D_a3的电流波形。从图中可以看到第一主开关管S₁能够实现零电压开通，第一辅助开关管S_a1零电流开通。

如图3所示为本发明中Boost模式下各时刻工作模式图，分析图中开关模态如下：

开关模态1([t₁,t₂])：

如图3(a)所示，t₁时刻第一辅助开关管S_a1受控开通，第二体二极管D₂上的电流i_D2开始向谐振电感L_r换流，谐振电感L_r上的电流线性上升，并且此时输出电压源V_l向谐振电容C_r充电。当谐振电感L_r上的电流i_Lr＝i_Lm时，模态1结束。

开关模态2([t₂,t₃)～开关模态3([t₃,t₄])：

如图3(b)所示，当第二体二极管D₂过零关断后，谐振电容C_r与谐振电感L_r开始谐振，谐振电容C_r上的电压V_Cr逐渐下降，i_Lr持续增大，当V_Cr下降至零时，模态2结束，此时第一体二极管D₁还未导通，当V_Cr<0V时，模态3开始，如图3(c)所示，第一体二极管D₁导通，第一主开关管S₁两端的电压钳位在-0.7V，即V_S1＝0V。

开关模态4([t₄,t₅])：

如图3(d)所示，t₄时刻第一主开关管S₁零电压开通，i_Lm流入第一主开关管S₁，V_Cr持续下降。

开关模态5([t₅,t₆])：

如图3(e)所示，t₅时刻，第一辅助开关管S_a1受控关断，谐振电感L_r向输入电压源V_h供电消耗能量,i_Lr逐渐减小，V_Cr反向增大,当V_Cr＝V_h时，第二辅助体二极管D_a2导通，直到i_Lr＝0A，此模态结束。

开关模态6([t₆,t₇])：

如图3(f)所示，t₆时刻，第三辅助体二极管D_a3过零关断，电路进入Boost传统模式的导通状态，并且此时谐振电容C_r仍向输入电压源V_h提供能量。

开关模态7([t₇,t₈])～开关模态0([t₈,t₀])：

如图3(g)所示，t₇时刻，第一主开关管S₁受控关断，谐振电容C_r快速向输入电压源V_h端放电，当谐振电容C_r放电完毕，t₈时刻第二体二极管D₂导通，电路进入模态0阶段，如图3(h)所示，直到第一辅助开关管S_a1导通电路进入下一个工作周期。

②实现Buck模式下给蓄电池充电的软开关

步骤1、分别产生用于驱动第二主开关管S₂、第二辅助开关管S_a2、第三辅助开关管S_a3的第二脉冲序列Vs_s2、第四脉冲序列Vs_sa2、第五脉冲序列Vs_sa3：

第二脉冲序列Vs_s2的产生方法为：通过DSP产生基础PWM波Vs_Buck，将基础PWM波Vs_Buck延迟ΔT1(ΔT1＝3μs)后生成的信号与基础PWM波Vs_Buck进行逻辑与，产生的脉冲序列为第二脉冲序列Vs_s2，如图4(a)所示；

第四脉冲序列Vs_sa2的产生方法为：将第二脉冲序列Vs_s2延迟ΔT3(ΔT3＝2μs)生成的信号与第二脉冲序列Vs_s2进行逻辑与得到信号s1，将信号s1延迟ΔT4(ΔT4＝4μs)生成信号s2，将信号s2、信号s1进行逻辑与得到信号s3，将信号s3与信号s1进行逻辑异或所生成的信号取反得到信号s4，将第二脉冲序列Vs_s2取反的信号与信号s4进行逻辑或，产生的脉冲序列为第四脉冲序列Vs_sa2，如图4(b)所示；

第五脉冲序列Vs_sa3的产生方法为：通过DSP产生基础PWM波Vs_Buck，第二脉冲序列Vs_s2延迟ΔT2(ΔT2＝2μs)后取反所产生的信号与基础PWM波Vs_Buck进行逻辑与，产生的脉冲序列为第五脉冲序列Vs_sa3，如图4(c)所示。

步骤2、步骤1中的产生的第二脉冲序列Vs_s2、第四脉冲序列Vs_sa2、第五脉冲序列Vs_sa3通过驱动电路分别驱动第二主开关管S₂、第二辅助开关管S_a2、第三辅助开关管S_a3，即关断第一主开关管S₁、第一辅助开关管S_a1，即实现了Buck模式下为蓄电池充电的软开关。

如图5所示为本发明中Buck模式下给蓄电池充电的各时刻波形图，包括第二主开关管S₂两端的电压与电流波形，谐振电感L_r两端的电压电流波形，谐振电容C_r两端的电流电压波形，第二辅助开关管S_a2、第三辅助开关管S_a3的电流波形。从图中可以看到第三辅助开关管S_a3零电流开通，第二辅助开关管S_a2零电压开通。

如图6所示为本发明中Buck模式下给蓄电池充电的各时刻工作模式图，分析图中开关模态如下：

开关模态1([t₁,t₂])：

在模态1开始之前，如图6(a)所示，第二主开关管S₂、第三辅助开关管S_a3是关断的，第二辅助开关管S_a2是导通的。谐振电容C_r被反向充电，V_Cr＝-V_h。当开通第三辅助开关管S_a3模态1开始，如图6(b)所示，第二辅助开关管S_a2、第三辅助开关管S_a3零电流开通，第二辅助开关管S_a2、第三辅助开关管S_a3上的电流线性上升，公式(1)描述了电流上升时间t₁，当i_Sa2＝i_Sa3＝i_Lm，模态1结束。

△t₁＝t₂-t₁＝L_r·i_L/v_h              (1)

开关模态2([t₂,t₃])：

t₂时刻谐振电感L_r与谐振电容C_r开始谐振，模态2开始，如图6(c)所示。此时谐振电容C_r开始放电，谐振电容C_r电流i_Cr流过谐振电感L_r，i_Lr可用公式(2)表示。公式(3)描述了i_Lr持续增加直到i_Cr达到最大值i_Crmax。随着谐振电容C_r的放电，第二主开关管S₂两端的电压降为0V，模式2结束。

i_Lr＝i_L+i_Cr               (2)

$i_{\mathrm{Lr}}=i_L+c\frac{\mathrm{du}}{\mathrm{dt}}---\left(3\right)$

开关模态3([t₃,t₄])～开关模态4([t₄,t₅])：

在t₃时刻，谐振电容C_r完全放电并且第二主开关管S₂上并联的第二体二极管D₂导通，模态3开始，如图6(d)所示。流过第二体二极管D₂、第二辅助开关管S_a2、第三辅助开关管S_a3、谐振电感L_r的谐振电流i_Lr保持最大值i_Lrmax。由于第二体二极管D2的非线性导通，i_Lr并不向谐振电容C_r充电，第二主开关管S₂两端电压为零，满足零电压导通的条件。Δt₃＝(t₄-t₃)是在t₄时刻零电压条件下导通第二主开关管S₂所用的时间裕量。在t₄时刻模态4开始，它与模态3的状态相同。在这两种模式中，i_Lr不但流经第二辅助开关管S_a2、第三辅助开关管S_a3、谐振电感L_r而且还为负载提供能量。此阶段谐振电感L_r存在高饱和风险和更多的软开关导通损耗。因此能量传递路径在下个模式改变。

开关模态5([t₅,t₆)]～开关模态6([t₆,t₇)]：

为了使软开关中无电流通过，在t₅时刻同时关断第二辅助开关管S_a2、第三辅助开关管S_a3，如图6(e)所示。i_Lr通过第一辅助体二极管D_a1续流，谐振电感Lr向电源和负载释放能量并且逐渐衰减。在模态5中，谐振电感Lr能量释放到电源或负载，由于电感电流的惯性电流方向开始改变，进入到模态6，如图6(f)。模态6中，谐振电感Lr向负载释放能量。

开关模态7([t₇,t₈])～开关模态8([t₈,t₉])：

t₇时刻谐振电感Lr将能量完全释放，模态7开始，如图6(g)所示。电路进入传统的Buck模式导通状态。t₈时刻开通第二辅助开关管S_a2，模态8开始。电源并没有向谐振电容C_r充电，因为此时第二主开关管S₂是导通的。模态8与模态7的状态相同。

开关模态9([t₉,t₁₀])～开关模态0([t₁₀,t₁])：

t₉时刻关断第二主开关管S₂，模态9开始，如图6(h)所示。电源开始向谐振电容C_r充电，谐振电容C_r很快被充满，谐振电容C_r的充电时间可由公式(4)描述，模态9结束。t₁₀时刻，电路进入模态0阶段，如图6(a)所示，第一体二极管D₁续流，直到第三辅助开关管S_a3开通电路进入下一个工作周期。

$t=\mathrm{RC}\ln \frac{v_h}{v_t}---\left(4\right)$

③实现Buck模式下给超级电容充电的软开关

步骤1、分别产生用于驱动第二主开关管S₂、第二辅助开关管S_a2、第三辅助开关管S_a3的第二脉冲序列Vs_s2、第四脉冲序列Vs_sa2、第五脉冲序列Vs_sa3：

其中第二脉冲序列Vs_s2、第五脉冲序列Vs_sa3的产生方法与给蓄电池充电时的软开关中的产生方法一样；

第四脉冲序列Vs_sa2的产生方法为：将第二脉冲序列Vs_s2取反得到信号s1，将第二脉冲序列Vs_s2延迟ΔT4(ΔT4＝5μs)生成的信号与第二脉冲序列Vs_s2进行逻辑与得到信号s2，信号s1与信号s2逻辑或得到生成信号s3，第二脉冲序列Vs_s2延迟ΔT3(ΔT3＝1μs)生成的信号与第二脉冲序列Vs_s2进行逻辑与再取反后得到信号s4，信号s3与信号s4进行逻辑或，产生的脉冲序列为第四脉冲序列Vs_sa2，如图7所示。

步骤2、步骤1中的产生的第二脉冲序列Vs_s2、第四脉冲序列Vs_sa2、第五脉冲序列Vs_sa3通过驱动电路分别驱动第二主开关管S₂、第二辅助开关管S_a2、第三辅助开关管S_a3，即关断第一主开关管S₁、第一辅助开关管S_a1，即实现了Buck模式下为超级电容充电的软开关。

如图8所示为本发明中Buck模式下给超级电容充电的各时刻波形图，包括主开关管S₂两端的电压与电流波形，谐振电感L_r两端的电压电流波形，谐振电容C_r两端的电流电压波形，第一辅助开关管S_a2、第二辅助开关管S_a3的电流波形。从图中可以看出主开关管S₂、第一辅助开关管Sa2、第二辅助开关管Sa3均能够实现软开通与软关断。

如图9所示为本发明中Buck模式下给超级电容充电的各时刻工作模式图，分析图中开关模态如下：

开关模态0～开关模态4与Buck模式下给蓄电池充电的模态相同，这里不再叙述。

开关模态5([t₅,t₆])：

在t₅时刻关断第二辅助开关管S_a2，模态5开始，如图9(a)所示。由于谐振电容C_r两端电压为零，输入电压源V_h开始向谐振电容C_r充电，谐振电容C_r很快被充满电。同时i_Lr仍为负载提供能量，谐振电感L_r存在着高饱和风险，因此能量传递路径将在下一个模式改变。

开关模态6([t₆,t₇])～开关模态7([t₇,t₈])：

t₆时刻谐振电容C_r充满电，模态6开始，如图9(b)所示。i_Lr通过第一辅助体二极管D_a1续流，谐振电感L_r向电源和负载释放能量并且逐渐衰减。在模态6中，谐振电感L_r能量释放到电源或负载，由于电感电流的惯性电流方向开始改变，进入到模态7，如图9(c)所示。模态7中，谐振电感L_r向负载释放能量。

开关模态8([t₈,t₉])：

t₈时刻关断第三辅助开关管S_a3，模态8开始，如图9(d)所示。谐振电容C_r与谐振电感L_r开始谐振并且第二辅助开关管S_a2、第三辅助体二极管D_a3导通。谐振电容C_r的电流i_Cr流过谐振电感L_r，谐振电感L_r电流将反向增大。随着谐振电容C_r的放电，谐振电容C_r与谐振电感L_r两端的电压逐渐降为0V。

开关模态9([t₉,t₁₀])～开关模态10([t₁₀,t₁₁])：

当谐振电容C_r放完电，模态9开始，如图9(e)所示。由于电感电流不能突变，谐振电感L_r上的电流将流过第二主开关管S₂、第二辅助体二极管D_a2、第三辅助体二极管D_a3。开通第二辅助开关管S_a2，模态10开始，电路进入传统的Buck模式导通状态。这两个模式中i_Lr不但流经第二主开关管S₂、第二辅助体二极管D_a2、第三辅助体二极管D_a3，而且还为负载提供能量。开关模态11([t₁₁,t₁₂])：

t₁₁时刻断开第二主开关管S₂，模态11开始，如图9(f)所示。电源开始为谐振电容C_r反向充电，谐振电容C_r很快将被充满电。在为谐振电容C_r充电的期间，由于电感电流的惯性，谐振电感L_r也为谐振电容C_r充电。

开关模态12([t₁₂,t₁₃])～开关模态0([t₁₃,t1])：

当谐振电容C_r被充满电，模态12开始，如图9(g)所示。由于此时谐振电感L_r上仍有电能，电感电流不能突变的原因，谐振电感L_r不但向输入电压源V_h放电，而且还为负载提供能量。与此同时第一体二极管D₁开始续流。当谐振电感L_r的电能释放完毕，电路进入模态0阶段，如图6(a)所示，第一体二极管D₁续流，直到第三辅助开关管S_a3开通电路进入下一个工作周期。

本发明的用于双向DC/DC变换器的软开关电路，既可以实现Boost模式下的软开关，还可以实现Buck模式下的软开关；在Buck模式下既可为蓄电池充电，又可为超级电容充电。

本发明中采用谐振电感Lr、谐振电容C_r并联谐振，使得Boost模式或Buck模式下第一主开关管S₁或第二主开关管S₂零电压开通，降低了开关损耗。

Claims (7)

1.一种用于双向DC/DC变换器的软开关电路，其特征在于，包括依次串联的输入电压源V_h、第二主开关管S₂、主电感L_m、输出电压源V_l，输入电压源V_h的负极与输出电压源V_l的负极连接，主电感L_m、输出电压源V_l的两端并联有第一主开关管S₁，第二主开关管S₂的集电极与第二辅助开关管S_a2的集电极连接，第二主开关管S₂的发射极与第二辅助开关管S_a2的发射极之间连接有谐振电容C_r，第二辅助开关管S_a2的发射极还与第三辅助开关管S_a3的集电极连接，第三辅助开关管S_a3的发射极连接有谐振电感L_r的一端和第一辅助开关管S_a1的集电极，谐振电感L_r的另一端与第一主开关管S₁的集电极连接，第一辅助开关管S_a1的发射极与第一主开关管S₁的发射极连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于双向DC/DC变换器的软开关电路，其特征在于，所述第一主开关管S₁、第二主开关管S₂、第一辅助开关管S_a1、第二辅助开关管S_a2、第三辅助开关管S_a3均为携带反并联二极管或具有反并联二极管特性的可关断功率开关器件。

3.一种用于双向DC/DC变换器的软开关电路的控制方法，其特征在于，采用用于双向DC/DC变换器的软开关电路，其结构为：包括依次串联的输入电压源V_h、第二主开关管S₂、主电感L_m、输出电压源V_l，输入电压源V_h的负极与输出电压源V_l的负极连接，主电感L_m、输出电压源V_l的两端并联有第一主开关管S₁，第二主开关管S₂的集电极与第二辅助开关管S_a2的集电极连接，第二主开关管S₂的发射极与第二辅助开关管S_a2的发射极之间连接有谐振电容C_r，第二辅助开关管S_a2的发射极还与第三辅助开关管S_a3的集电极连接，第三辅助开关管S_a3的发射极连接有谐振电感L_r的一端和第一辅助开关管S_a1的集电极，谐振电感L_r的另一端与第一主开关管S₁的集电极连接，第一辅助开关管S_a1的发射极与第一主开关管S₁的发射极连接；

所述第一主开关管S₁、第二主开关管S₂、第一辅助开关管S_a1、第二辅助开关管S_a2、第三辅助开关管S_a3均为携带反并联二极管或具有反并联二极管特性的可关断功率开关器件；

具体按照以下步骤实施：

步骤1、分别产生用于驱动第一主开关管S₁、第二主开关管S₂、第一辅助开关管S_a1、第二辅助开关管S_a2、第三辅助开关管S_a3的第一脉冲序列Vs_s1、第二脉冲序列Vs_s2、第三脉冲序列Vs_sa1、第四脉冲序列Vs_sa2、第五脉冲序列Vs_sa3；

步骤2、步骤1中的产生的第三脉冲序列Vs_sa1通过驱动电路驱动第一辅助开关管S_a1，然后第一脉冲序列Vs_s1通过驱动电路驱动第一主开关管S₁，第一主开关管S₁开通后关断第一辅助开关管S_a1，即实现了Boost模式下的软开关；

步骤1中的产生的第二脉冲序列Vs_s2、第四脉冲序列Vs_sa2、第五脉冲序列Vs_sa3通过驱动电路分别驱动第二主开关管S₂、第二辅助开关管S_a2、第三辅助开关管S_a3，即实现了Buck模式下的软开关。

4.根据权利要求3所述的一种用于双向DC/DC变换器的软开关电路的控制方法，其特征在于，所述第二脉冲序列Vs_s2的产生方法为：通过DSP产生基础PWM波Vs_Buck，将基础PWM波Vs_Buck延迟ΔT1后生成的信号与基础PWM波Vs_Buck进行逻辑与，产生的脉冲序列为第二脉冲序列Vs_s2；

第四脉冲序列Vs_sa2的产生方法为：将第二脉冲序列Vs_s2取反得到信号s1，将第二脉冲序列Vs_s2延迟ΔT4生成的信号与第二脉冲序列Vs_s2进行逻辑与得到信号s2，信号s1与信号s2逻辑或得到生成信号s3，第二脉冲序列Vs_s2延迟ΔT3生成的信号与第二脉冲序列Vs_s2进行逻辑与再取反后得到信号s4，信号s3与信号s4进行逻辑或，产生的脉冲序列为第四脉冲序列Vs_sa2；

第五脉冲序列Vs_sa3的产生方法为：通过DSP产生基础PWM波Vs_Buck，第二脉冲序列Vs_s2延迟ΔT2后取反所产生的信号与基础PWM波Vs_Buck进行逻辑与，产生的脉冲序列为第五脉冲序列Vs_sa3。

5.根据权利要求4所述的一种用于双向DC/DC变换器的软开关电路的控制方法，其特征在于，所述ΔT1＝3μs，所述ΔT2＝2μs，所述ΔT3＝1μs，所述ΔT4＝5μs。

6.根据权利要求3所述的一种用于双向DC/DC变换器的软开关电路的控制方法，其特征在于，所述第二脉冲序列Vs_s2的产生方法为：通过DSP产生基础PWM波Vs_Buck，将基础PWM波Vs_Buck延迟ΔT1后生成的信号与基础PWM波Vs_Buck进行逻辑与，产生的脉冲序列为第二脉冲序列Vs_s2；

第四脉冲序列Vs_sa2的产生方法为：将第二脉冲序列Vs_s2延迟ΔT3生成的信号与第二脉冲序列Vs_s2进行逻辑与得到信号s1，将信号s1延迟ΔT4生成信号s2，将信号s2、信号s1进行逻辑与得到信号s3，将信号s3与信号s1进行逻辑异或所生成的信号取反得到信号s4，将第二脉冲序列Vs_s2取反的信号与信号s4进行逻辑或，产生的脉冲序列为第四脉冲序列Vs_sa2；

第五脉冲序列Vs_sa3的产生方法为：通过DSP产生基础PWM波Vs_Buck，第二脉冲序列Vs_s2延迟ΔT2后取反所产生的信号与基础PWM波Vs_Buck进行逻辑与，产生的脉冲序列为第五脉冲序列Vs_sa3。

7.根据权利要求6所述的一种用于双向DC/DC变换器的软开关电路的控制方法，其特征在于，所述ΔT1＝3μs，所述ΔT2＝2μs，所述ΔT3＝2μs，所述ΔT4＝4μs。