CN108123598A - 双向dc/dc变换器、双向电压变换方法、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种双向DC/DC变换器、双向电压变换方法、装置及系统。该双向DC/DC变换器包括：直流支撑电容单元、第一双向DC/DC单元和第二双向DC/DC单元。直流支撑电容单元的一端、第一双向DC/DC单元的第一端和第二双向DC/DC单元的第二端分别与第一正直流母线相连；直流支撑电容单元的另一端、第一双向DC/DC单元的第三端和第二双向DC/DC单元的第一端分别与第一负直流母线相连；第一双向DC/DC单元的第二端与第二正直流母线相连；第二双向DC/DC单元的第三端与第二负直流母线相连。能够提高电压变换效率，并且能够提高双向DC/DC变换器的升降压能力以及减少双向DC/DC变换器的成本。
Description
技术领域
本发明涉及电路电子技术领域，尤其涉及一种双向DC/DC变换器、双向电压变换方法、装置及系统。
背景技术
DC/DC变换器是将一种直流电变换为另一种形式直流电的技术，主要对电压、电流实现变换，它在可再生能源、电力系统、交通、航天航空、计算机和通讯、家用电器、国防军工、工业控制等领域得到广泛的应用。
通常DC/DC变换器都是单向工作的，主要原因是因为功率开关、等均为单向，并且主功率回路上都有单向导电的二极管，所以能量只能单向流动。然而在许多应用场合，诸如对二次电源充放电过程，通过DC/DC变换器的能量需要能够两个方向流动。如蓄电池或超级电容充电时，能量从电网流向电池或电容，电流由交流变换为一种直流，再由一种直流变换为另一种直流，放电时则正好相反，电流由一种直流变换为另一种直流，再由另一种直流变换为交流，在这些场合应用的变换器是双向变换器。
双向DC/DC变换器是指在保持变换器两端的直流电压极性不变的前提下，根据需要改变电流的方向，从而实现能量的双向流动的直流一直流变换器。一般做法是将单向DC/DC变换器中的单向开关和二极管改为双向开关，则所有的单向拓扑均变为双向拓扑，加上合理的控制就能实现能量的双向流动。
大功率双向DC/DC变换器在电动汽车、分布式发电、储能系统、电能质量调节、可再生能源发电以及超导储能系统等领域具有广阔的应用前景。
由于光伏、燃料电池一般输出电压较低，而母线电压较高，为实现逆变并网，需将多块单体电池串联以提高输出电压，然而电池串联会降低系统的可靠性，当某单体电池故障，该串联电池就会失效。如果采用普通的前级直流升压变换器要有很高的电压传输比，才能实现高效地电能变换。虽然带变压器的隔离型拓扑可以很容易地实现高变比，但是其在成本、体积和效率上不具优势。
发明内容
本发明实施例提供一种双向DC/DC变换器、双向电压变换方法、装置及系统，能够提高电压变换效率，并且能够提高双向DC/DC变换器的升降压能力以及减少双向DC/DC变换器的成本。
一方面，本发明实施例提供了一种双向DC/DC变换器，双向DC/DC变换器包括：直流支撑电容单元、第一双向DC/DC单元和第二双向DC/DC单元；其中，
直流支撑电容单元的一端、第一双向DC/DC单元的第一端和第二双向DC/DC单元的第二端分别与第一正直流母线相连；
直流支撑电容单元的另一端、第一双向DC/DC单元的第三端和第二双向DC/DC单元的第一端分别与第一负直流母线相连；
第一双向DC/DC单元的第二端与第二正直流母线相连；
第二双向DC/DC单元的第三端与第二负直流母线相连，使得直流电流能够从第一正直流母线流向第二正直流母线，也使得直流电流能够从第二正直流母线流向第一正直流母线。
在本发明的一个实施例中，第一双向DC/DC单元包括：第一电感、第一绝缘栅双极型晶体管、第一续流二极管、第一滤波电容器、第二绝缘栅双极型晶体管和第二续流二极管；其中，
第一电感的一端与第一正直流母线相连；
第一电感的另一端分别连接到第二绝缘栅双极型晶体管的集电极和第一绝缘栅双极型晶体管的发射极；
第一绝缘栅双极型晶体管的集电极和第一滤波电容器的一端连接到第二正直流母线；
第二绝缘栅双极型晶体管的发射极和第一滤波电容器的另一端连接到第一负直流母线；
第一绝缘栅双极型晶体管与第一续流二极管反并联；
第二绝缘栅双极型晶体管与第二续流二极管反并联。
在本发明的一个实施例中，第二双向DC/DC单元包括：第二电感、第三绝缘栅双极型晶体管、第三续流二极管、第二滤波电容器、第四绝缘栅双极型晶体管和第四续流二极管；其中，
第二电感的一端与第一负直流母线相连；
第二电感的另一端分别连接到第四绝缘栅双极型晶体管的集电极和第三绝缘栅双极型晶体管的发射极；
第三绝缘栅双极型晶体管的集电极和第二滤波电容器的一端连接到第一正直流母线；
第四绝缘栅双极型晶体管的发射极和第二滤波电容器的另一端连接到第二负直流母线；
第三绝缘栅双极型晶体管与第三续流二极管反并联；
第四绝缘栅双极型晶体管与第四续流二极管反并联。
在本发明的一个实施例中，第一绝缘栅双极型晶体管和第四绝缘栅双极型晶体管的驱动信号占空比相同；
第二绝缘栅双极型晶体管和第三绝缘栅双极型晶体管的驱动信号占空比相同。
在本发明的一个实施例中，第一绝缘栅双极型晶体管和第四绝缘栅双极型晶体管同时导通且同时关断；
第二绝缘栅双极型晶体管和第三绝缘栅双极型晶体管同时导通且同时关断；
且第一绝缘栅双极型晶体管和第四绝缘栅双极型晶体管导通时，第二绝缘栅双极型晶体管和第三绝缘栅双极型晶体管关断；
第一绝缘栅双极型晶体管和第四绝缘栅双极型晶体管关断时，第二绝缘栅双极型晶体管和第三绝缘栅双极型晶体管导通。
在本发明的一个实施例中，直流支撑电容单元包括：直流支撑电容器。
另一方面，本发明实施例还提供一种双向电压变换方法，应用于本发明实施例提供的双向DC/DC变换器，方法包括：
获得双向DC/DC变换器的实际输入电压以及双向DC/DC变换器的期望输出电压；
根据实际输入电压和期望输出电压，调节第一双向DC/DC单元和第二双向DC/DC单元，以使双向DC/DC变换器的实际输出电压等于期望输出电压。
在本发明的一个实施例中，根据实际输入电压和期望输出电压，调节第一双向DC/DC单元和第二双向DC/DC单元，以使双向DC/DC变换器的实际输出电压等于期望输出电压，包括：
将实际输入电压和期望输出电压的差值经过第一比例积分控器，得到第一电流值；
将第一电流值和实际通过第一电感的电流值的差值经过第二比例积分控制器，得到第一调制波；
将第一电流值和实际通过第二电感的电流值的差值经过第三比例积分控制器，得到第二调制波；
利用脉冲宽度调制对第一调制波和第二调制波进行调制，以使调制后的第一绝缘栅双极型晶体管、第四绝缘栅双极型晶体管、第二绝缘栅双极型晶体管和第三绝缘栅双极型晶体管的驱动信号的占空比满足双向DC/DC变换器的实际输出电压等于期望输出电压的要求，使得双向DC/DC变换器的实际输出电压等于期望输出电压的要求。
再一方面，本发明实施例还提供一种双向电压变换装置，应用于本发明实施例提供的双向DC/DC变换器，装置包括：
获得模块，用于获得双向DC/DC变换器的实际输入电压以及双向DC/DC变换器的期望输出电压；
调节模块，用于根据实际输入电压和期望输出电压，调节第一双向DC/DC单元和第二双向DC/DC单元，以使双向DC/DC变换器的实际输出电压等于期望输出电压。
在本发明的一个实施例中，调节模块，具体用于：
将实际输入电压和期望输出电压的差值经过第一比例积分控器，得到第一电流值；
将第一电流值和实际通过第一电感的电流值的差值经过第二比例积分控制器，得到第一调制波；
将第一电流值和实际通过第二电感的电流值的差值经过第三比例积分控制器，得到第二调制波；
利用脉冲宽度调制对第一调制波和第二调制波进行调制，以使调制后的第一绝缘栅双极型晶体管、第四绝缘栅双极型晶体管、第二绝缘栅双极型晶体管和第三绝缘栅双极型晶体管的驱动信号的占空比满足双向DC/DC变换器的实际输出电压等于期望输出电压的要求，使得双向DC/DC变换器的实际输出电压等于期望输出电压的要求。
再一方面，本发明实施例还提供一种双向电压变换系统，包括：本发明实施例提供的双向DC/DC变换器。
本发明实施例的双向DC/DC变换器、双向电压变换方法、装置及系统，在占空比相同的情况下，相比于现有的升压boost电路具有更高的升压比，可获得更高的输出电压；在占空比相同的情况下，相比于现有的降压buck电路具有更低的降压比，可获得更低的输出电压；因此，大大提高了双向DC/DC变换器的升降压能力；在相同变压比的情况下，相比于现有的升压boost电路和降压buck电路具有更低的电压应力和电流应力，本发明实施例的双向DC/DC变换器的电压应力和电流应力之积低于现有的升压boost电路和降压buck电路的电压应力和电流应力之积，因此提高了电压变换效率。由于本发明实施例的双向DC/DC变换器的电压应力和电流应力低，因此可以选择低电压应力和低电流应力的器件，通常情况下，低电压应力和低电流应力的器件成本较低且体积较小，因此能够减少成本和减小体积。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明实施例提供的双向DC/DC变换器的第一种结构示意图；
图2示出了本发明实施例提供的第一双向DC/DC单元的结构示意图；
图3示出了本发明实施例提供的第二双向DC/DC单元的结构示意图；
图4示出了本发明实施例提供的双向DC/DC变换器的第二种结构示意图；
图5示出了本发明实施例提供的双向DC/DC变换器工作于升压boost状态时电感储存能量示意图；
图6示出了本发明实施例提供的双向DC/DC变换器工作于升压boost状态时电感释放能量示意图；
图7示出了本发明实施例提供的双向DC/DC变换器工作于降压buck状态时电感储存能量示意图；
图8示出了本发明实施例提供的双向DC/DC变换器工作于降压buck状态时电感释放能量示意图；
图9示出了本发明实施例提供的双向DC/DC变换器工作于升压boost状态时低压侧电压和高压侧电压的波形示意图；
图10示出了本发明实施例提供的双向DC/DC变换器工作于升压boost状态时第一调制波和第二调制波的波形示意图；
图11示出了本发明实施例提供的双向DC/DC变换器工作于升压boost状态时四个绝缘栅双极型晶体管的电压应力示意图；
图12示出了本发明实施例提供的双向DC/DC变换器工作于升压boost状态时四个绝缘栅双极型晶体管的电流应力示意图；
图13示出了本发明实施例提供的双向DC/DC变换器工作于升压boost状态时两个电感的电流波形图；
图14示出了本发明实施例提供的双向电压变换方法的流程示意图；
图15示出了本发明实施例提供的升压变换的控制原理图；
图16示出了本发明实施例提供的降压变换的控制原理图；
图17示出了本发明实施例提供的双向电压变换装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
图1示出了本发明实施例提供的双向DC/DC变换器的第一种结构示意图。双向DC/DC变换器包括：直流支撑电容单元101、第一双向DC/DC单元102和第二双向DC/DC单元103。
其中，直流支撑电容单元101的一端、第一双向DC/DC单元102的第一端和第二双向DC/DC单元103的第二端分别与第一正直流母线相连。
直流支撑电容单元101的另一端、第一双向DC/DC单元102的第三端和第二双向DC/DC单元103的第一端分别与第一负直流母线相连。
第一双向DC/DC单元101的第二端与第二正直流母线相连。
第二双向DC/DC单元102的第三端与第二负直流母线相连。
图2示出了本发明实施例提供的第一双向DC/DC单元的结构示意图。第一双向DC/DC单元102可以包括：第一电感11、第一绝缘栅双极型晶体管12、第一续流二极管13、第一滤波电容器14、第二绝缘栅双极型晶体管15和第二续流二极管16。
其中，第一电感11的一端与第一正直流母线相连。
第一电感11的另一端分别连接到第二绝缘栅双极型晶体管15的集电极和第一绝缘栅双极型晶体管12的发射极。
第一绝缘栅双极型晶体管12的集电极和第一滤波电容器14的一端连接到第二正直流母线。
第二绝缘栅双极型晶体管15的发射极和第一滤波电容器14的另一端连接到第一负直流母线。
第一绝缘栅双极型晶体管12与第一续流二极管13反并联。
第二绝缘栅双极型晶体管15与第二续流二极管16反并联。
图3示出了本发明实施例提供的第二双向DC/DC单元的结构示意图。第二双向DC/DC单元103包括：第二电感21、第三绝缘栅双极型晶体管22、第三续流二极管23、第二滤波电容器24、第四绝缘栅双极型晶体管25和第四续流二极管26。
其中，第二电感21的一端与第一负直流母线相连。
第二电感21的另一端分别连接到第四绝缘栅双极型晶体管25的集电极和第三绝缘栅双极型晶体管22的发射极。
第三绝缘栅双极型晶体管22的集电极和第二滤波电容器24的一端连接到第一正直流母线。
第四绝缘栅双极型晶体管25的发射极和第二滤波电容器24的另一端连接到第二负直流母线。
第三绝缘栅双极型晶体管22与第三续流二极管23反并联。
第四绝缘栅双极型晶体管25与第四续流二极管26反并联。
在本发明的一个实施例中，直流支撑电容单元101包括：直流支撑电容器。
图4示出了本发明实施例提供的双向DC/DC变换器的第二种结构示意图。
在本发明的一个实施例中，第一绝缘栅双极型晶体管和第四绝缘栅双极型晶体管的驱动信号占空比相同；第二绝缘栅双极型晶体管和第三绝缘栅双极型晶体管的驱动信号占空比相同。
在本发明的一个实施例中，第一绝缘栅双极型晶体管和第四绝缘栅双极型晶体管同时导通且同时关断；第二绝缘栅双极型晶体管和第三绝缘栅双极型晶体管同时导通且同时关断；且第一绝缘栅双极型晶体管和第四绝缘栅双极型晶体管导通时，第二绝缘栅双极型晶体管和第三绝缘栅双极型晶体管关断；第一绝缘栅双极型晶体管和第四绝缘栅双极型晶体管关断时，第二绝缘栅双极型晶体管和第三绝缘栅双极型晶体管导通。
当双向DC/DC变换器工作于升压boost状态时，能量从低压侧向高压侧流动。
当第二绝缘栅双极型晶体管和第三绝缘栅双极型晶体管导通、第一绝缘栅双极型晶体管和第四绝缘栅双极型晶体管关断时，电感储存能量。如图5所示，图5示出了本发明实施例提供的双向DC/DC变换器工作于升压boost状态时电感储存能量示意图。此时有，
当第二绝缘栅双极型晶体管和第三绝缘栅双极型晶体管关断、第一绝缘栅双极型晶体管和第四绝缘栅双极型晶体管导通时，电感释放能量。如图6所示，图6示出了本发明实施例提供的双向DC/DC变换器工作于升压boost状态时电感释放能量示意图。此时有
其中，表达式(1)和表达式(2)中，Vout为输出电压，VC2为第一滤波电容器C2的电压，VC3为第二滤波电容器C3的电压，VC1为直流支撑电容器C1的电压，且等于输入电压Vin；L1为第一电感的电感值，L2为第二电感的电感值，ΔiL1为流经第一电感的电流；ΔiL2为流经第二电感的电流；D为第二绝缘栅双极型晶体管和第三绝缘栅双极型晶体管的占空比，T为脉冲周期。第二绝缘栅双极型晶体管电压应力等于VC2，第三绝缘栅双极型晶体管电压应力等于VC3。
由表达式(1)和表达式(2)可得，升压比
而现有标准的升压boost电路的升压比为
由表达式(3)和表达式(4)可得，在占空比相同的条件下，M1大于M2，即本发明实施例的双向DC/DC变换器的升压比大于现有标准的升压boost电路的升压比，可获得更高的输出电压。在相同升压比的条件下，本发明实施例的第二绝缘栅双极型晶体管和第三绝缘栅双极型晶体管的电压应力VC2和VC3小于现有标准的升压boost电路的绝缘栅双极型晶体管的电压应力Vout。在相同升压比的条件下，本发明实施例的第二绝缘栅双极型晶体管和第三绝缘栅双极型晶体管的电流应力(1+D)*iout/2(1-D)小于现有标准的升压boost电路的绝缘栅双极型晶体管的电压应力(1-D)*iout。本发明实施例的双向DC/DC变换器的电压应力和电流应力之积低于现有标准的升压boost电路的电压应力和电流应力之积，本发明实施例的双向DC/DC变换器比现有标准的升压boost电路具有更高的电压变换效率。
当双向DC/DC变换器工作于降压buck状态时，能量从高压侧向低压侧流动。
当第二绝缘栅双极型晶体管和第三绝缘栅双极型晶体管关断、第一绝缘栅双极型晶体管和第四绝缘栅双极型晶体管导通时，电感储存能量。如图7所示，图7示出了本发明实施例提供的双向DC/DC变换器工作于降压buck状态时电感储存能量示意图。此时有，
当第二绝缘栅双极型晶体管和第三绝缘栅双极型晶体管导通、第一绝缘栅双极型晶体管和第四绝缘栅双极型晶体管关断时，电感释放能量。如图8所示，图8示出了本发明实施例提供的双向DC/DC变换器工作于降压buck状态时电感储存能量示意图。此时有
其中，表达式(5)和表达式(6)中，Vout为输出电压，VC2为第一滤波电容器C2的电压，VC3为第二滤波电容器C3的电压，Vin为输入电压，VC1为直流支撑电容器C1的电压，且等于Vout；L1为第一电感的电感值，L2为第二电感的电感值，ΔiL1为流经第一电感的电流；ΔiL2为流经第二电感的电流；D为第一绝缘栅双极型晶体管和第四绝缘栅双极型晶体管的占空比，T为脉冲周期。第一绝缘栅双极型晶体管电压应力等于VC2，第四绝缘栅双极型晶体管电压应力等于VC3。
由表达式(5)和表达式(6)可得，降压比
而现有标准的降压buck电路的降压比为M4＝D(8)。
由表达式(7)和表达式(8)可得，在占空比相同的条件下，M3小于M4，即本发明实施例的双向DC/DC变换器的降压比小于现有标准的降压buck电路，可获得更低的输出电压。在相同降压比的条件下，本发明实施例的第一绝缘栅双极型晶体管和第四绝缘栅双极型晶体管的电压应力VC2和VC3小于现有标准的降压buck电路的绝缘栅双极型晶体管的电压应力Vout。在相同降压比的条件下，本发明实施例的第二绝缘栅双极型晶体管和第三绝缘栅双极型晶体管的电流应力(2-D)*iout/2D小于现有标准的降压buck电路的绝缘栅双极型晶体管的电压应力D*iout。本发明实施例的双向DC/DC变换器的电压应力和电流应力之积低于现有标准的降压buck电路的电压应力和电流应力之积，本发明实施例的双向DC/DC变换器比现有标准的降压buck电路具有更高的电压变换效率。
示例性的，下面以双向DC/DC变换器工作于升压boost状态时，功率为180千瓦(kw)，升压一倍(从300V升压到600V)的情况为例进行说明。
图9示出了本发明实施例提供的双向DC/DC变换器工作于升压boost状态时低压侧电压和高压侧电压的波形示意图。图10示出了本发明实施例提供的双向DC/DC变换器工作于升压boost状态时第一调制波和第二调制波的波形示意图。图11示出了本发明实施例提供的双向DC/DC变换器工作于升压boost状态时四个绝缘栅双极型晶体管的电压应力示意图。图12示出了本发明实施例提供的双向DC/DC变换器工作于升压boost状态时四个绝缘栅双极型晶体管的电流应力示意图。图13示出了本发明实施例提供的双向DC/DC变换器工作于升压boost状态时两个电感的电流波形图。
其中，第一调制波为第一绝缘栅双极型晶体管和第二绝缘栅双极型晶体管的驱动信号未进行调制前的波；第二调制波为第三绝缘栅双极型晶体管和第四绝缘栅双极型晶体管的驱动信号未进行调制前的波。
由图10可以看出，本发明实施例的双向DC/DC变换器的第一调制波和第二调制波的调制比为0.34。而现有标准的升压boost电路的调制比为0.5。由此可见，本发明实施例的双向DC/DC变换器的调制比比现有标准的升压boost电路的调制比低。
由图11可以看出，本发明实施例的双向DC/DC变换器中的绝缘栅双极型晶体管的最大电压应力约为440V。而现有标准的升压boost电路的绝缘栅双极型晶体管的最大电压应力为600V。由此可见，本发明实施例的双向DC/DC变换器中的绝缘栅双极型晶体管的最大电压应力比现有标准的升压boost电路的绝缘栅双极型晶体管的最大电压应力低。
由图12可以看出，本发明实施例的双向DC/DC变换器中的绝缘栅双极型晶体管的最大电流应力约为500A。而现有标准的升压boost电路的绝缘栅双极型晶体管的最大电流应力为1000A。由此可见，本发明实施例的双向DC/DC变换器中的绝缘栅双极型晶体管的最大电流应力比现有标准的升压boost电路的绝缘栅双极型晶体管的最大电流应力低。
基于上述描述，本发明实施例的双向DC/DC变换器，在占空比相同的情况下，相比于现有的升压boost电路具有更高的升压能力，相比于现有的降压buck电路具有更高的降压能力，因此双向DC/DC变换器具有更高的升降压能力。在相同变压比的情况下，相比于现有的升压boost电路和降压buck电路具有更低的电压应力和电流应力，本发明实施例的双向DC/DC变换器的电压应力和电流应力之积低于现有的升压boost电路和降压buck电路的电压应力和电流应力之积，因此提高了电压变换效率。由于本发明实施例的双向DC/DC变换器的电压应力和电流应力低，因此可以选择低电压应力和低电流应力的器件，通常情况下，低电压应力和低电流应力的器件成本较低且体积较小，因此能够减少成本和减小体积。另外由于绝缘栅双极型晶体管的电流应力和电压应力低，降低了损耗，散热器进一步减小，由此也可以降低成本和体积。
图14示出了本发明实施例提供的双向电压变换方法的流程示意图。需要说明的是，本发明实施例提供的双向电压变换方法，优选适用于本发明实施例的双向DC/DC变换器。双向电压变换方法可以包括：
S101：获得双向DC/DC变换器的实际输入电压以及双向DC/DC变换器的期望输出电压。
S102：根据实际输入电压和期望输出电压，调节第一双向DC/DC单元和第二双向DC/DC单元，以使双向DC/DC变换器的实际输出电压等于期望输出电压。
在本发明的一个实施例中，根据实际输入电压和期望输出电压，调节第一双向DC/DC单元和第二双向DC/DC单元，以使双向DC/DC变换器的实际输出电压等于期望输出电压，可以包括：将实际输入电压和期望输出电压的差值经过第一比例积分控器，得到第一电流值；将第一电流值和实际通过第一电感的电流值的差值经过第二比例积分控制器，得到第一调制波；将第一电流值和实际通过第二电感的电流值的差值经过第三比例积分控制器，得到第二调制波；利用脉冲宽度调制对第一调制波和第二调制波进行调制，以使调制后的第一绝缘栅双极型晶体管、第四绝缘栅双极型晶体管、第二绝缘栅双极型晶体管和第三绝缘栅双极型晶体管的驱动信号的占空比满足双向DC/DC变换器的实际输出电压等于期望输出电压的要求，使得双向DC/DC变换器的实际输出电压等于期望输出电压的要求。
图15示出了本发明实施例提供的升压变换的控制原理图。图16示出了本发明实施例提供的降压变换的控制原理图。
其中，图15和图16中，C1、C2和C3分别为直流支撑电容器、第一滤波电容器和第二滤波电容器。L1和L2分别为第一电感和第二电感。VT1、VT2、VT3和VT4分别为第一绝缘栅双极型晶体管、第二绝缘栅双极型晶体管、第三绝缘栅双极型晶体管和第四绝缘栅双极型晶体管。VD1、VD2、VD3和VD4分别为第一续流二极管、第二续流二极管、第三续流二极管和第四续流二极管。Vref为负载给定电压。Vfd为双向DC/DC变换器的实际输入电压。PI为比例积分控制器。PWM为脉冲宽度调制。NOT为取反单元，
具体控制过程如下：
设定负载给定电压Vref，即双向DC/DC变换器的期望输出电压。
将负载给定电压Vref与双向DC/DC变换器的实际输入电压Vfd做差经过比例积分控制器PI得到第一电感和第二电感的给定电流ILref。
将给定电流ILref与实际通过第一电感的电流值IL1fd做差经过比例积分控制器得到第一调制波m1，将给定电流ILref与实际通过第二电感的电流值IL2fd做差经过比例积分控制器得到第二调制波m2。
将m1利用脉冲宽度调制PWM进行调制，获得第二绝缘栅双极型晶体管的脉冲驱动GVT2，将第二绝缘栅双极型晶体管的脉冲驱动取反得到第一绝缘栅双极型晶体管的脉冲驱动GVT1。
将m2利用脉冲宽度调制PWM进行调制，获得第三绝缘栅双极型晶体管的脉冲驱动GVT3，将第三绝缘栅双极型晶体管的脉冲驱动取反得到第四绝缘栅双极型晶体管的脉冲驱动GVT4。
并且调制后的第一绝缘栅双极型晶体管、第四绝缘栅双极型晶体管、第二绝缘栅双极型晶体管和第三绝缘栅双极型晶体管的驱动信号的占空比满足双向DC/DC变换器的实际输出电压等于期望输出电压的要求，使得双向DC/DC变换器的实际输出电压等于期望输出电压的要求。
与上述的方法实施例相对应，本发明实施例还提供一种双向电压变换装置。需要说明的是，本发明实施例提供的双向电压变换装置优选适用于本发明实施例的双向DC/DC变换器。
图17示出了本发明实施例提供的双向电压变换装置的结构示意图。双向电压变换装置可以包括：
获得模块171，用于获得双向DC/DC变换器的实际输入电压以及双向DC/DC变换器的期望输出电压。
调节模块172，用于根据实际输入电压和期望输出电压，调节第一双向DC/DC单元和第二双向DC/DC单元，以使双向DC/DC变换器的实际输出电压等于期望输出电压。
在本发明的一个实施例中，调节模块172，具体可以用于：
将实际输入电压和期望输出电压的差值经过第一比例积分控器，得到第一电流值；
将第一电流值和实际通过第一电感的电流值的差值经过第二比例积分控制器，得到第一调制波；
将第一电流值和实际通过第二电感的电流值的差值经过第三比例积分控制器，得到第二调制波；
利用脉冲宽度调制对第一调制波和第二调制波进行调制，以使调制后的第一绝缘栅双极型晶体管、第四绝缘栅双极型晶体管、第二绝缘栅双极型晶体管和第三绝缘栅双极型晶体管的驱动信号的占空比满足双向DC/DC变换器的实际输出电压等于期望输出电压的要求，使得双向DC/DC变换器的实际输出电压等于期望输出电压的要求。
另外，本发明实施例还提供一种双向电压变换系统，包括：本发明实施例提供的双向DC/DC变换器。
需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。
还需要说明的是，本发明中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本发明不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种双向DC/DC变换器，其特征在于，所述双向DC/DC变换器包括：直流支撑电容单元、第一双向DC/DC单元和第二双向DC/DC单元；其中，
所述直流支撑电容单元的一端、所述第一双向DC/DC单元的第一端和所述第二双向DC/DC单元的第二端分别与第一正直流母线相连；
所述直流支撑电容单元的另一端、所述第一双向DC/DC单元的第三端和所述第二双向DC/DC单元的第一端分别与第一负直流母线相连；
所述第一双向DC/DC单元的第二端与第二正直流母线相连；
所述第二双向DC/DC单元的第三端与第二负直流母线相连，使得直流电流能够从所述第一正直流母线流向所述第二正直流母线，也使得直流电流能够从所述第二正直流母线流向所述第一正直流母线。
2.根据权利要求1所述的双向DC/DC变换器，其特征在于，所述第一双向DC/DC单元包括：第一电感、第一绝缘栅双极型晶体管、第一续流二极管、第一滤波电容器、第二绝缘栅双极型晶体管和第二续流二极管；其中，
所述第一电感的一端与所述第一正直流母线相连；
所述第一电感的另一端分别连接到所述第二绝缘栅双极型晶体管的集电极和所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极；
所述第一绝缘栅双极型晶体管的集电极和所述第一滤波电容器的一端连接到所述第二正直流母线；
所述第二绝缘栅双极型晶体管的发射极和第一滤波电容器的另一端连接到第一负直流母线；
所述第一绝缘栅双极型晶体管与所述第一续流二极管反并联；
所述第二绝缘栅双极型晶体管与所述第二续流二极管反并联。
3.根据权利要求1或2所述的双向DC/DC变换器，其特征在于，所述第二双向DC/DC单元包括：第二电感、第三绝缘栅双极型晶体管、第三续流二极管、第二滤波电容器、第四绝缘栅双极型晶体管和第四续流二极管；其中，
所述第二电感的一端与所述第一负直流母线相连；
所述第二电感的另一端分别连接到所述第四绝缘栅双极型晶体管的集电极和所述第三绝缘栅双极型晶体管的发射极；
所述第三绝缘栅双极型晶体管的集电极和所述第二滤波电容器的一端连接到所述第一正直流母线；
所述第四绝缘栅双极型晶体管的发射极和所述第二滤波电容器的另一端连接到所述第二负直流母线；
所述第三绝缘栅双极型晶体管与所述第三续流二极管反并联；
所述第四绝缘栅双极型晶体管与所述第四续流二极管反并联。
4.根据权利要求3所述的双向DC/DC变换器，其特征在于，
所述第一绝缘栅双极型晶体管和所述第四绝缘栅双极型晶体管的驱动信号占空比相同；
所述第二绝缘栅双极型晶体管和所述第三绝缘栅双极型晶体管的驱动信号占空比相同。
5.根据权利要求4所述的双向DC/DC变换器，其特征在于，
所述第一绝缘栅双极型晶体管和所述第四绝缘栅双极型晶体管同时导通且同时关断；
所述第二绝缘栅双极型晶体管和所述第三绝缘栅双极型晶体管同时导通且同时关断；
且所述第一绝缘栅双极型晶体管和所述第四绝缘栅双极型晶体管导通时，所述第二绝缘栅双极型晶体管和所述第三绝缘栅双极型晶体管关断；
所述第一绝缘栅双极型晶体管和所述第四绝缘栅双极型晶体管关断时，所述第二绝缘栅双极型晶体管和所述第三绝缘栅双极型晶体管导通。
6.根据权利要求1所述的双向DC/DC变换器，其特征在于，所述直流支撑电容单元包括：直流支撑电容器。
7.一种双向电压变换方法，其特征在于，应用于权利要求1至6任一项所述的双向DC/DC变换器，所述方法包括：
获得所述双向DC/DC变换器的实际输入电压以及所述双向DC/DC变换器的期望输出电压；
根据所述实际输入电压和所述期望输出电压，调节所述第一双向DC/DC单元和所述第二双向DC/DC单元，以使所述双向DC/DC变换器的实际输出电压等于所述期望输出电压。
8.根据权利要求7所述的双向电压变换方法，其特征在于，所述根据所述实际输入电压和所述期望输出电压，调节所述第一双向DC/DC单元和所述第二双向DC/DC单元，以使所述双向DC/DC变换器的实际输出电压等于所述期望输出电压，包括：
将所述实际输入电压和所述期望输出电压的差值经过第一比例积分控制器，得到第一电流值；
将所述第一电流值和实际通过所述第一电感的电流值的差值经过第二比例积分控制器，得到第一调制波；
将所述第一电流值和实际通过所述第二电感的电流值的差值经过第三比例积分控制器，得到第二调制波；
利用脉冲宽度调制对第一调制波和第二调制波进行调制，以使调制后的所述第一绝缘栅双极型晶体管、所述第四绝缘栅双极型晶体管、所述第二绝缘栅双极型晶体管和所述第三绝缘栅双极型晶体管的驱动信号的占空比满足所述双向DC/DC变换器的实际输出电压等于所述期望输出电压的要求，使得所述双向DC/DC变换器的实际输出电压等于所述期望输出电压的要求。
9.一种双向电压变换装置，其特征在于，应用于权利要求1至6任一项所述的双向DC/DC变换器，所述装置包括：
获得模块，用于获得所述双向DC/DC变换器的实际输入电压以及所述双向DC/DC变换器的期望输出电压；
调节模块，用于根据所述实际输入电压和所述期望输出电压，调节所述第一双向DC/DC单元和所述第二双向DC/DC单元，以使所述双向DC/DC变换器的实际输出电压等于所述期望输出电压。
10.根据权利要求9所述的双向电压变换装置，其特征在于，所述调节模块，具体用于：
将所述实际输入电压和所述期望输出电压的差值经过第一比例积分控器，得到第一电流值；
将所述第一电流值和实际通过所述第一电感的电流值的差值经过第二比例积分控制器，得到第一调制波；
将所述第一电流值和实际通过所述第二电感的电流值的差值经过第三比例积分控制器，得到第二调制波；
利用脉冲宽度调制对第一调制波和第二调制波进行调制，以使调制后的所述第一绝缘栅双极型晶体管、所述第四绝缘栅双极型晶体管、所述第二绝缘栅双极型晶体管和所述第三绝缘栅双极型晶体管的驱动信号的占空比满足所述双向DC/DC变换器的实际输出电压等于所述期望输出电压的要求，使得所述双向DC/DC变换器的实际输出电压等于所述期望输出电压的要求。
11.一种双向电压变换系统，其特征在于，所述系统包括权利要求1至6任一项所述的双向DC/DC变换器。
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