CN114448248A - 耦合电感交错并联四开关升降压双向变换器的控制电路 - Google Patents

耦合电感交错并联四开关升降压双向变换器的控制电路 Download PDF

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CN114448248A CN202111645785.4A CN202111645785A CN114448248A CN 114448248 A CN114448248 A CN 114448248A CN 202111645785 A CN202111645785 A CN 202111645785A CN 114448248 A CN114448248 A CN 114448248A
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雷峥子
黄陈楠
刘远致
诸葛慧子
郑仲舒
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Abstract

本发明公开了耦合电感交错并联四开关升降压双向变换器的软开关控制电路，属于电力电子变流器的控制技术领域，本发明在考虑耦合电感非线性的情况下，可使变换器工作在临界状态，在不同负载及输入输出电压情况下均可实现开关管的零电压导通；本发明给出了考虑耦合电感影响的关断时间和死区时间计算方法，以实现所有开关管的零电压导通；本发明采用交错并联结构可有效降低流过每个开关管的电感电流，减小通态损耗，控制简单易于实现，有利于变换器的高功率密度化，在低压大电流锂电池充放电领域具有广阔的应用前景。

Description

耦合电感交错并联四开关升降压双向变换器的控制电路
技术领域
本发明属于电力电子技术领域。
背景技术
四开关升降压(Four Switch Buck-Boost，FSBB)变换器凭借其宽电压范围和高效率变等优势被广泛应用于储能系统、光伏优化器等领域，其拓扑如图1所示。当电感电流处于连续导通模式(CCM)，开关管上存在较大的开关损耗，当开关频率提升时将严重影响变换器的功率变换效率。而当变换器电感电流处于临界导通模式(CRM)时，可利用死区时间内功率电感与开关管结电容之间的谐振实现开关管的零电压开通(ZVS)或谷底电压开通(VS)，显著降低开关损耗。基于该思想，文献“Z.Liu,B.Li,F.C.Lee and Q.Li.High-EfficiencyHigh-Density Critical Mode Rectifier/Inverter for WBG-Device-Based On-BoardCharger.IEEE Transactions on Industrial Electronics.2017,64(11)”提出使开关管关断时间延长的控制策略，如图2所示，实现了全范围的开关管ZVS。虽然该控制策略稍作修改即可应用于四开关升降压变换器中，但硬件成本较高的电感电流过零检测(ZCD)电路限制了其在储能系统等成本敏感型场合中的应用；为了解决该问题，授权公布号为“CN106100412”给出了一种基于边界导通模式(BCM)的全桥变换器的软开关控制策略，如图3所示该策略无需ZCD电路，通过对电感电流进行滞环控制即可实现开关管的ZVS，该策略同样可应用于交错并联四开关升降压变换器中。但是，上述控制策略需要对电感电流进行高精度的检测，以实现精确的滞环控制；同时，由于死区时间为固定值，在开关管实现ZVS开通或VS开通前会引入额外的体二极管通态损耗，故以上控制策略对变换器的功率变换效率提升不明显。
由于CRM下电感电流有效值较大，采用交错并联结构可有效降低流过每个开关管的电感电流，进而减小通态损耗。在交错并联结构中采用耦合电感可进一步优化电感体积，实现高效高功率密度的目标，如图4所示。但是，耦合电感的存在将使得一个开关周期内的电感电流不再线性变化，已有的控制策略将不再适用，现阶段缺乏针对耦合电感交错并联四开关升降压双向变换器的软开关控制方法。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种耦合电感交错并联四开关升降压双向变换器的软开关控制电路，可在不添加任何额外硬件辅助谐振电路的条件下，通过数字计算控制开关管的导通时间、关断时间和死区时间，在整个负载范围内实现所有开关管的零电压开通，具有低成本高效率技术优势。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：本发明提供了一种耦合电感交错并联四开关升降压双向变换器的控制电路，所述双向变换器包括耦合电感、第一～第八开关管，电池，与电池并联的滤波电容，以及相互并联的直流电源和母线电容；母线电容的正极连接第一和第五开关管的漏极，负极连接第二，第六，第四和第八开关管的源极；第一开关管的源极作为第一公共端连接第二开关管的漏极，第三开关管的源极作为第二公共端连接第四开关管的漏极；第一公共端经耦合电感的原边连接第第一公共端，第五开关管的源极作为第三公共端连接第六开关管的漏极，第七开关管的源极作为第四公共端连接第八开关管的漏极，第三公共端经耦合电感的副边连接第四公共端；第三和第七开关管的漏极连接滤波电容的正极，第四和第八开关管的源极连接滤波电容的负极；
该控制电路包括第一，第二电压传感器、电流传感器、第一，第二减法器、第一，第二数据总线、第一，第四运算器、电压调节器、电流调节器、第一乘法器、第一，第二比较器、第一，第二选通器、比例器、PWM信号发生器以及移相器；
第一电压传感器采样直流电源的电压Ui，第一电压传感器的输出端与第一比较器的负输入端、第二比较器的负输入端及第二数据总线连接；当双向变换器工作在放电状态时，第一电压传感器的输出端还与第一减法器的负输入端连接；第二电压传感器采样电池的电压Uo，输出端与第一比较器的正输入端、比例器的输入端、第二数据总线连接，当双向变换器工作在充电状态时，第二电压传感器的输出端还与第一减法器的负输入端连接；电流传感器采样耦合电感上的电流，并与第二减法器的负输入端连接；第一减法器的正输入端接入电压参考值Uref，第一减法器的输出端连接电压调节器的输入端；电压调节器的输出端连接第二减法器的正输入端，第二减法器的输出端连接电流调节器的输入端，电流调节器的输出端连接第一乘法器的一个输入端，第一乘法器的另一个输入端接入时间调整常数Tj，第一乘法器的输出端连接第一数据总线；常数π、电阻值R、第一～第八开关管的结电容值Cs、耦合电感原边的电感值L及耦合电感互感值M均接入至第二数据总线，当双向变换器工作在放电模式时，电阻值R为直流电源侧的等效电阻值，当双向变换器工作在充电模式时，电阻值R为电池等效电阻值，第二数据总线将收到的实际数据均送至第一运算器和第二运算器的输入端，第一运算器输出端连接至第二选通器的第一输入端，第二运算器的输出端连接第二选通器的第二输入端，比例器的输出端连接第二比较器的正输入端，第二比较器的输出端连接第二选通器的第三输入端，第一比较器的输出端连接第二选通器的第四输入端及第一选通器的第一输入端；第二选通器的输出端连接第一数据总线，第一数据总线将收到的数据分别送至第三运算器和第四运算器的输入端，第三运算器的输出端连接第一选通器的第二输入端，第四运算器的输出端连接第一选通器的第三输入端，第一选通器的输出端连接PWM信号发生器信号发生器，得到第一～第四开关管的驱动信号，PWM信号发生器将第一～第四开关管的驱动信号同时传送至移相器，得到第五～第八开关管的驱动信号。
进一步的，对于第一选通器，根据当前第一比较器的输出端输出的逻辑值选择第四运算器或者第三运算器的输出传送至PWM信号发生器，具体过程如下：
当第一比较器的输出为1时，将第四运算器的输出送至PWM信号发生器；当第一比较器的输出为0时，将第三运算器的输出送至PWM信号发生器；
对于第二选通器，根据当前第一比较器的输出端逻辑值和第二比较器的输出端逻辑值将选择第一运算器或者第二运算器的输出送给第一数据总线，具体过程如下：
当第一比较器的输出为0且第二比较器的输出为1，或第一比较器的输出为1且第二比较器的输出为0时，将第一运算器的输出送至第一数据总线；当第一比较器的输出为1且第二比较器的输出为1，或第一比较器的输出为0且第二比较器的输出为0时，将第二运算器的输出送至第一数据总线。
进一步的，比例器的比例系数为2×(1-M/L)，时间调整常数Tj的值为1/100000。
进一步的，对于第一运算器和第二运算器且均具有2个输出值，分别为t1和t2；t1和t2均为时间变量，对于第一运算器，按照下式计算t1和t2：
Figure BDA0003445078950000031
对于第二运算器，按照下式计算t1和t2：
Figure BDA0003445078950000032
对于第三运算器和第四运算器，均具有3个输出量，分别为ton、toff及tdead；toff为开关管的导通时间，tofff为开关管的关断时间，tdead为死区时间；对于第三运算器，输出量为：ton＝t0，toff＝t2，tdead＝t1，其中，t0为第一乘法器的输出；对于第四运算器，输出量为：ton＝t2，toff＝t0，tdead＝t1。
进一步的，所述移相器将输入信号相位向后移动180°，且不改变输入信号的幅值及频率；
当耦合电感交错并联四开关升降压双向变换器处于充电方式模式下时，如果参考电压Uref小于直流电源电压Ui，则第一开关管驱动信号按当前时刻第一选通器的输出高频动作，第一开关管的导通时间为ton，关断时间为toff；第二开关管驱动信号与第一开关管驱动信号呈互补状态的高频动作，第一开关管和第二开关管之间的死区时间为tdead；第五开关管驱动信号按当前时刻第一选通器的输出高频动作，第五开关管导通时间为ton，关断时间为toff；第六开关管驱动信号与第五开关管驱动信号呈互补状态的高频动作，第五开关管和第六开关管之间的死区时间为tdead；第一开关管驱动信号与第五开关管驱动信号之间相差180°；第二开关管驱动信号与第六开关管驱动信号之间相差180°；第三开关管驱动信号及第七开关管驱动信号为高电平；第四开关管驱动信号及第八开关管驱动信号为低电平；
如果参考电压Uref大于直流电源电压Ui，第四开关管驱动信号按当前时刻第一选通器地输出高频动作，第四开关管导通时间为ton，关断时间为toff；第三开关管驱动信号与第四开关管驱动信号呈互补状态高频动作，第四开关管和第三开关管之间的死区时间为tdead；第八开关管驱动信号按当前时刻第一选通器地输出高频动作，第八开关管导通时间为ton，关断时间为toff；第七开关管驱动信号与第八开关管驱动信号呈互补状态高频动作，第八开关管和第七开关管之间的死区时间为tdead；第四开关管驱动信号与第八开关管驱动信号之间相差180°；第三开关管驱动信号与第七开关管驱动信号之间相差180°；第一开关管驱动信号及第五开关管驱动信号为高电平；第二开关管驱动信号及第六开关管驱动信号为低电平；
当耦合电感交错并联四开关升降压双向变换器处于放电方式模式下时，如果参考电压Uref小于电池电压Uo，则第三开关管驱动信号按当前时刻第一选通器的输出高频动作，第三开关管的导通时间为ton，关断时间为toff；第四开关管驱动信号与第三开关管驱动信号呈互补状态高频动作，第三开关管和第四开关管之间的死区时间为tdead；第七开关管驱动信号按当前时刻第一选通器的输出高频动作，第七开关管导通时间为ton，关断时间为toff；第八开关管驱动信号与第七开关管驱动信号呈互补状态高频动作，第七开关管和第八开关管之间的死区时间为tdead；第三开关管驱动信号与第七开关管驱动信号之间相差180°；第四开关管驱动信号与第八开关管驱动信号之间相差180°；第一开关管驱动信号及第五开关管驱动信号为高电平；第二开关管驱动信号及第六开关管驱动信号为低电平；
如果输出参考电压Uref大于电池电压Uo，第二开关管驱动信号按当前时刻第一选通器的输出高频动作，第二开关管导通时间为ton，关断时间为toff；第一开关管驱动信号与第二开关管驱动信号呈互补状态高频动作，第二开关管和第一开关管之间的死区时间为tdead；第六开关管驱动信号按当前时刻第一选通器的输出高频动作，第六开关管导通时间为ton，关断时间为toff；第五开关管驱动信号与第六开关管驱动信号呈互补状态高频动作，第六开关管和第五开关管之间的死区时间为tdead；第二开关管驱动信号与第六开关管驱动信号之间相差180°；第一开关管驱动信号与第五开关管驱动信号之间相差180°；第三开关管驱动信号及第七开关管驱动信号为高电平；第四开关管驱动信号及第八开关管驱动信号为低电平。
采用上述技术方案带来的有益效果：
(1)本发明使耦合电感交错并联四开关升降压双向变换器工作在临界导通模式，并根据负载的大小自动调节开关管高频动作间的死区时间和开关周期，实现全范围的零电压开通，相比于传统连续导通模式降低了开关损耗，并提高了功率变换效率；
(2)发明中临界导通模式的实现不需要高精度的电流检测器，降低了硬件成本，控制逻辑简单，易于编程实现；
(3)本发明可使变换器在高开关频率下仍具有较高的效率，有利于提高交错并联四开关升降压变换器的功率密度。
附图说明
图1为四开关升降压变换器拓扑图；
图2为论文“Z.Liu,B.Li,F.C.Lee and Q.Li.High-Efficiency High-DensityCritical Mode Rectifier/Inverter for WBG-Device-Based On-Board Charger.IEEETransactions on Industrial Electronics.2017,64(11)”提出的基于ZCD电路和关断时间延长的软开关控制策略图；
图3为专利申请文件“CN 106100412”提出的临界导通模式调制策略图；
图4为本发明所涉及的耦合电感交错并联四开关升降压变换器拓扑图；
图5为本发明耦合电感交错并联四开关升降压变换器的软开关控制电路结构图；
图6为本发明耦合电感交错并联四开关升降压变换器的软开关控制策略在数字控制器中的实施流程图；
图7为本发明耦合电感交错并联四开关升降压变换器软开关控制下的仿真波形图。
附图标记说明：1：直流电源、2：母线电容、3：耦合电感交错并联四开关升降压双向变换器、4：滤波电容、5：电池、6：软开关控制电路。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
本发明涉及的耦合电感交错并联四开关升降压双向变换器的控制电路，如图5所示。所述耦合电感交错并联四开关升降压双向变换器包括直流电源1、母线电容2、耦合电感交错并联四开关升降压双向变换器3、滤波电容4和电池5。控制电路为软开关控制电路6。所述软开关控制电路包括两个电压传感器、一个电流传感器、两个减法器、两个数据总线、四个运算器、电压调节器、电流调节器、一个乘法器、两个比较器、两个选通器、一个比例器以及一个PWM信号发生器及移相器；具体如下：
第一电压传感器采样直流电源的电压Ui，其输出端与第一比较器的负输入端、第二比较器的负输入端及第二数据总线连接；第二电压传感器采样电池的电压Uo，并分别与第一比较器的正输入端、比例器的输入端以及第二数据总线连接，如图5所示，当双向变换器的工作在充电模式下，第二电压传感器还与第一减法器的负输入端连接；电流传感器采样滤波电感上的电流，并与第二减法器的负输入端连接；第一减法器的正输入端接入电压参考值Uref，第一减法器的输出端连接电压调节器的输入端；电压调节器的输出端连接第二减法器的正输入端，第二减法器的输出端连接电流调节器的输入端，电流调节器的输出端连接第一乘法器的一个输入端，第一乘法器的另一个输入端接入时间调整常数Tj，第一乘法器的输出端连接第一数据总线；常数π、电阻值R(当双向变换器工作在放电模式时，电阻值R为双向变换器直流电源侧的等效电阻值，当双向变换器工作在充电模式时，电阻值R为电池等效电阻值)、第一～第四开关管的结电容值Cs、耦合电感原边的电感值L(耦合电感原边和副边的电感值相等)及耦合电感互感值M均接入至第二数据总线，第二数据总线将收到的实际数据均送至第一运算器和第二运算器的输入端，第一运算器输出端连接至第二选通器的第一输入端，第二运算器的输出端连接第二选通器的第二输入端，比例器的输出端连接第二比较器的正输入端，第二比较器的输出端连接第二选通器的第三输入端，第一比较器的输出端连接第二选通器的第四输入端及第一选通器的第一输入端；第二选通器的输出端连接第一数据总线，第一数据总线将收到的数据分别送至第三运算器和第四运算器的输入端，第三运算器的输出端连接第一选通器的第二输入端，第四运算器的输出端连接第一选通器的第三输入端，第一选通器的输出端连接PWM信号发生器信号发生器，得到第一～第四开关管的驱动信号，PWM信号发生器将第一～第四开关管的驱动信号同时传送至移相器，得到第五～第八开关管的驱动信号。
本实施例中，如果双向变换器工作在放电模式下，第一电压传感器的输出端与第一比较器的负输入端、第二比较器的负输入端及第二数据总线连接的同时，还与第一减法器的负输入端连接；此时第二电压传感器的输出端不与第一减法器的负输入端连，当但仍然与第一比较器的正输入端、比例器的输入端以及第二数据总线连接。
在本实施例中，采用如下优选技术方案：
对于第一选通器，根据当前第一比较器的输出端输出的逻辑值选择第四算器或者第五运算器的输出传送至PWM信号发生器，具体过程如下：
当第一比较器的输出为1时，将第四运算器的输出送至PWM信号发生器；当第一比较器的输出为0时，将第三运算器的输出送至PWM信号发生器；
对于第二选通器，根据当前第一比较器的输出端逻辑值和第二比较器的输出端逻辑值将选择第一算器或者第二运算器的输出送给第一数据总线，具体过程如下：
当第一比较器的输出为0且第二比较器的输出为1，或第一比较器的输出为1且第二比较器的输出为0时，将第一运算器的输出送至第一数据总线；当第一比较器的输出为1且第二比较器的输出为1，或第一比较器的输出为0且第二比较器的输出为0时，将第二运算器的输出送至第一数据总线。
比例器的比例系数为2×(1-M/L)，时间调整常数Tj的值为1/100000。
对于第一运算器和第二运算器且均具有2个输出值，分别为t1和t2；t1和t2均为时间变量，对于第一运算器，按照下式计算t1和t2：
Figure BDA0003445078950000071
对于第二运算器，按照下式计算t1和t2：
Figure BDA0003445078950000072
对于第三运算器和第四运算器，出t0均具有3个输出量，分别为ton、toff及tdead；对于第三运算器，输出按照下式进行计算：ton＝t0，toff＝t2，tdead＝t1，其中，t0为第一乘法器的输出，toff为开关管的导通时间，tofff为开关管的关断时间，tdead为死区时间；对于第四运算器，输出按照下式进行计算：ton＝t2，toff＝t0，tdead＝t1。
所述移相器将输入信号相位向后移动180°，且不改变输入信号的幅值及频率。
当软开关控制电路处于充电方式模式下时，如果输出参考电压Uref小于直流电源电压Ui，则第一开关管驱动信号按当前时刻第一选通器地输出高频动作，第一开关管的导通时间为ton，关断时间为toff；第二开关管驱动信号与第一开关管驱动信号呈互补状态高频动作，第一开关管和第二开关管之间的死区时间为tdead；第五开关管驱动信号按当前时刻第一选通器地输出高频动作，第五开关管导通时间为ton，关断时间为toff；第六开关管驱动信号与第五开关管驱动信号呈互补状态高频动作，第五开关管和第六开关管之间的死区时间为tdead；第一开关管驱动信号与第五开关管驱动信号之间相差180°；第二开关管驱动信号与第六开关管驱动信号之间相差180°；第三开关管驱动信号及第七开关管驱动信号为高电平；第四开关管驱动信号及第八开关管驱动信号为低电平。
如果输出参考电压Uref大于直流电源电压Ui，第四开关管驱动信号按当前时刻第一选通器地输出高频动作，第四开关管导通时间为ton，关断时间为toff；第三开关管驱动信号与第四开关管驱动信号呈互补状态高频动作，第四开关管和第三开关管之间的死区时间为tdead；第八开关管驱动信号按当前时刻第一选通器地输出高频动作，第八开关管导通时间为ton，关断时间为toff；第七开关管驱动信号与第八开关管驱动信号呈互补状态高频动作，第八开关管和第七开关管之间的死区时间为tdead；第四开关管驱动信号与第八开关管驱动信号之间相差180°；第三开关管驱动信号与第七开关管驱动信号之间相差180°；第一开关管驱动信号及第五开关管驱动信号为高电平；第二开关管驱动信号及第六开关管驱动信号为低电平。
当软开关控制电路处于放电方式模式下时，如果参考电压Uref小于电池电压Uo，则第三开关管驱动信号按当前时刻第一选通器的输出高频动作，第三开关管的导通时间为ton，关断时间为toff；第四开关管驱动信号与第三开关管驱动信号呈互补状态高频动作，第三开关管和第四开关管之间的死区时间为tdead；第七开关管驱动信号按当前时刻第一选通器的输出高频动作，第七开关管导通时间为ton，关断时间为toff；第八开关管驱动信号与第七开关管驱动信号呈互补状态高频动作，第七开关管和第八开关管之间的死区时间为tdead；第三开关管驱动信号与第七开关管驱动信号之间相差180°；第四开关管驱动信号与第八开关管驱动信号之间相差180°；第一开关管驱动信号及第五开关管驱动信号为高电平；第二开关管驱动信号及第六开关管驱动信号为低电平。
如果考电压Uref大于电池电压Uo，第二开关管驱动信号按当前时刻第一选通器的输出高频动作，第二开关管导通时间为ton，关断时间为toff；第一开关管驱动信号与第二开关管驱动信号呈互补状态高频动作，第二开关管和第一开关管之间的死区时间为tdead；第六开关管驱动信号按当前时刻第一选通器的输出高频动作，第六开关管导通时间为ton，关断时间为toff；第五开关管驱动信号与第六开关管驱动信号呈互补状态高频动作，第六开关管和第五开关管之间的死区时间为tdead；第二开关管驱动信号与第六开关管驱动信号之间相差180°；第一开关管驱动信号与第五开关管驱动信号之间相差180°；第三开关管驱动信号及第七开关管驱动信号为高电平；第四开关管驱动信号及第八开关管驱动信号为低电平。
图6所示为本发明在数字控制器中的实施流程图。
首先，传感器采样输入电压Ui、输出电压uo和电感电流，对电感电流进行控制后得到一时间长度t0。然后，判断输入电压Ui和两倍的输出电压2uo之间大小关系，若Ui>2uo,则按如下公式计算计算t1和t2:
Figure BDA0003445078950000091
否则则按下公式计算计算t1和t2:
Figure BDA0003445078950000092
判断输入电压Ui和输出电压uo之间大小关系，以确定电路是工作在升压模式还是降压模式，若电路工作在降压模式，即Ui<uo，则令下一开关周期内第一开关管S11的导通时间ton等于t0，关断时间toff等于t2，第一开关管和第二开关管之间的死区时间tdead等于t1，否则令下一开关周期内第四开关管S14的导通时间ton等于t2，关断时间toff等于t0，第四开关管和第三开关管之间的死区时间tdead等于t1。最后，将得到的下一周期开关管的导通时间、关断时间和死区时间送至正确的驱动电路。
当采用本发明所提出的耦合电感交错并联四开关升降压双向变换器的软开关控制策略后，该变换器在一个负载范围内的仿真波形如图7所示。其中iL、ugs11、uds11、ugs21和uds22分别为电感电流、第一开关管S11的栅源电压和漏源电压以及第五开关管S21的栅源电压和漏源电压。仿真波形表明，第一开关管S11和第五开关管S21的驱动信号相差180°，并且由于耦合电感的存在，电感电流在一个开关周期内呈现非线性变化，但第一开关管S11和第五开关管S21的零电压开通仍得以实现，这将有助于提升变换器的效率和功率密度，证明了本发明的正确性和实用性。
实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.耦合电感交错并联四开关升降压双向变换器的控制电路，所述双向变换器包括耦合电感、第一～第八开关管，电池，与电池并联的滤波电容，以及相互并联的直流电源和母线电容；母线电容的正极连接第一和第五开关管的漏极，负极连接第二，第六，第四和第八开关管的源极；第一开关管的源极作为第一公共端连接第二开关管的漏极，第三开关管的源极作为第二公共端连接第四开关管的漏极；第一公共端经耦合电感的原边连接第第一公共端，第五开关管的源极作为第三公共端连接第六开关管的漏极，第七开关管的源极作为第四公共端连接第八开关管的漏极，第三公共端经耦合电感的副边连接第四公共端；第三和第七开关管的漏极连接滤波电容的正极，第四和第八开关管的源极连接滤波电容的负极；
其特征在于：该控制电路包括第一，第二电压传感器、电流传感器、第一，第二减法器、第一，第二数据总线、第一，第四运算器、电压调节器、电流调节器、第一乘法器、第一，第二比较器、第一，第二选通器、比例器、PWM信号发生器以及移相器；
第一电压传感器采样直流电源的电压Ui，第一电压传感器的输出端与第一比较器的负输入端、第二比较器的负输入端及第二数据总线连接；当双向变换器工作在放电状态时，第一电压传感器的输出端还与第一减法器的负输入端连接；第二电压传感器采样电池的电压Uo，输出端与第一比较器的正输入端、比例器的输入端、第二数据总线连接，当双向变换器工作在充电状态时，第二电压传感器的输出端还与第一减法器的负输入端连接；电流传感器采样耦合电感上的电流，并与第二减法器的负输入端连接；第一减法器的正输入端接入电压参考值Uref，第一减法器的输出端连接电压调节器的输入端；电压调节器的输出端连接第二减法器的正输入端，第二减法器的输出端连接电流调节器的输入端，电流调节器的输出端连接第一乘法器的一个输入端，第一乘法器的另一个输入端接入时间调整常数Tj，第一乘法器的输出端连接第一数据总线；常数π、电阻值R、第一～第八开关管的结电容值Cs、耦合电感原边的电感值L及耦合电感互感值M均接入至第二数据总线，当双向变换器工作在放电模式时，R值为双向变换器直流电源侧的等效电阻值，工作在充电模式时，R值为电池等效电阻值，第二数据总线将收到的实际数据均送至第一运算器和第二运算器的输入端，第一运算器输出端连接至第二选通器的第一输入端，第二运算器的输出端连接第二选通器的第二输入端，比例器的输出端连接第二比较器的正输入端，第二比较器的输出端连接第二选通器的第三输入端，第一比较器的输出端连接第二选通器的第四输入端及第一选通器的第一输入端；第二选通器的输出端连接第一数据总线，第一数据总线将收到的数据分别送至第三运算器和第四运算器的输入端，第三运算器的输出端连接第一选通器的第二输入端，第四运算器的输出端连接第一选通器的第三输入端，第一选通器的输出端连接PWM信号发生器信号发生器，得到第一～第四开关管的驱动信号，PWM信号发生器将第一～第四开关管的驱动信号同时传送至移相器，得到第五～第八开关管的驱动信号。
2.根据权利要求1所述的耦合电感交错并联四开关升降压双向变换器的控制电路，其特征在于：对于第一选通器，根据当前第一比较器的输出端输出的逻辑值选择第四运算器或者第三运算器的输出传送至PWM信号发生器，具体过程如下：
当第一比较器的输出为1时，将第四运算器的输出送至PWM信号发生器；当第一比较器的输出为0时，将第三运算器的输出送至PWM信号发生器；
对于第二选通器，根据当前第一比较器的输出端逻辑值和第二比较器的输出端逻辑值将选择第一运算器或者第二运算器的输出送给第一数据总线，具体过程如下：
当第一比较器的输出为0且第二比较器的输出为1，或第一比较器的输出为1且第二比较器的输出为0时，将第一运算器的输出送至第一数据总线；当第一比较器的输出为1且第二比较器的输出为1，或第一比较器的输出为0且第二比较器的输出为0时，将第二运算器的输出送至第一数据总线。
3.根据权利要求1所述的耦合电感交错并联四开关升降压双向变换器的控制电路，其特征在于：比例器的比例系数为2×(1-M/L)，时间调整常数Tj的值为1/100000。
4.根据权利要求1所述的耦合电感交错并联四开关升降压双向变换器的控制电路，其特征在于：对于第一运算器和第二运算器且均具有2个输出值，分别为t1和t2；t1和t2均为时间变量，对于第一运算器，按照下式计算t1和t2：
Figure FDA0003445078940000021
对于第二运算器，按照下式计算t1和t2：
Figure FDA0003445078940000022
对于第三运算器和第四运算器，均具有3个输出量，分别为ton、toff及tdead；toff为开关管的导通时间，tofff为开关管的关断时间，tdead为死区时间；对于第三运算器，输出量为：ton＝t0，toff＝t2，tdead＝t1，其中，t0为第一乘法器的输出；对于第四运算器，输出量为：ton＝t2，toff＝t0，tdead＝t1。
5.根据权利要求4所述的耦合电感交错并联四开关升降压双向变换器的控制电路，其特征在于：所述移相器将输入信号相位向后移动180°，且不改变输入信号的幅值及频率；
当耦合电感交错并联四开关升降压双向变换器处于充电方式模式下时，如果参考电压Uref小于直流电源电压Ui，则第一开关管驱动信号按当前时刻第一选通器的输出高频动作，第一开关管的导通时间为ton，关断时间为toff；第二开关管驱动信号与第一开关管驱动信号呈互补状态的高频动作，第一开关管和第二开关管之间的死区时间为tdead；第五开关管驱动信号按当前时刻第一选通器的输出高频动作，第五开关管导通时间为ton，关断时间为toff；第六开关管驱动信号与第五开关管驱动信号呈互补状态的高频动作，第五开关管和第六开关管之间的死区时间为tdead；第一开关管驱动信号与第五开关管驱动信号之间相差180°；第二开关管驱动信号与第六开关管驱动信号之间相差180°；第三开关管驱动信号及第七开关管驱动信号为高电平；第四开关管驱动信号及第八开关管驱动信号为低电平；
如果参考电压Uref大于直流电源电压Ui，第四开关管驱动信号按当前时刻第一选通器地输出高频动作，第四开关管导通时间为ton，关断时间为toff；第三开关管驱动信号与第四开关管驱动信号呈互补状态高频动作，第四开关管和第三开关管之间的死区时间为tdead；第八开关管驱动信号按当前时刻第一选通器地输出高频动作，第八开关管导通时间为ton，关断时间为toff；第七开关管驱动信号与第八开关管驱动信号呈互补状态高频动作，第八开关管和第七开关管之间的死区时间为tdead；第四开关管驱动信号与第八开关管驱动信号之间相差180°；第三开关管驱动信号与第七开关管驱动信号之间相差180°；第一开关管驱动信号及第五开关管驱动信号为高电平；第二开关管驱动信号及第六开关管驱动信号为低电平；
当耦合电感交错并联四开关升降压双向变换器处于放电方式模式下时，如果参考电压Uref小于电池电压Uo，则第三开关管驱动信号按当前时刻第一选通器的输出高频动作，第三开关管的导通时间为ton，关断时间为toff；第四开关管驱动信号与第三开关管驱动信号呈互补状态高频动作，第三开关管和第四开关管之间的死区时间为tdead；第七开关管驱动信号按当前时刻第一选通器的输出高频动作，第七开关管导通时间为ton，关断时间为toff；第八开关管驱动信号与第七开关管驱动信号呈互补状态高频动作，第七开关管和第八开关管之间的死区时间为tdead；第三开关管驱动信号与第七开关管驱动信号之间相差180°；第四开关管驱动信号与第八开关管驱动信号之间相差180°；第一开关管驱动信号及第五开关管驱动信号为高电平；第二开关管驱动信号及第六开关管驱动信号为低电平；
如果输出参考电压Uref大于电池电压Uo，第二开关管驱动信号按当前时刻第一选通器的输出高频动作，第二开关管导通时间为ton，关断时间为toff；第一开关管驱动信号与第二开关管驱动信号呈互补状态高频动作，第二开关管和第一开关管之间的死区时间为tdead；第六开关管驱动信号按当前时刻第一选通器的输出高频动作，第六开关管导通时间为ton，关断时间为toff；第五开关管驱动信号与第六开关管驱动信号呈互补状态高频动作，第六开关管和第五开关管之间的死区时间为tdead；第二开关管驱动信号与第六开关管驱动信号之间相差180°；第一开关管驱动信号与第五开关管驱动信号之间相差180°；第三开关管驱动信号及第七开关管驱动信号为高电平；第四开关管驱动信号及第八开关管驱动信号为低电平。
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