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隨著新能源產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，電動(dòng)汽車憑借環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)已成為未來(lái)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的主流方向。在車載充電器（On Board Charger, OBC）、充電樁等應(yīng)用領(lǐng)域，具有功率雙向流動(dòng)特性的隔離雙向DC- DC變換器成為了研究熱點(diǎn)。

目前，雙向隔離DC- DC變換拓?fù)渲饕须p向諧振變換器（CLLLC）和雙向有源全橋（Dual Active Bridge, DAB）。DAB電路通常只能在較窄功率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)兩邊開(kāi)關(guān)管的零電壓軟開(kāi)關(guān)（Zero Voltage Switching, ZVS），且控制相對(duì)較復(fù)雜。CLLLC電路由于自身諧振網(wǎng)絡(luò)的對(duì)稱結(jié)構(gòu)、良好的軟開(kāi)關(guān)特性，其對(duì)稱的電路結(jié)構(gòu)不僅能保證雙向運(yùn)行的一致性，正反向運(yùn)行時(shí)均能在更寬的電壓范圍和功率變換范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)零電壓導(dǎo)通和零電流關(guān)斷。此外，由于CLLLC諧振電流是正弦，其關(guān)斷損耗比電流為梯形的DAB更小，所以在工業(yè)中被廣泛使用。

在大電流應(yīng)用場(chǎng)合中，由二極管正向壓降產(chǎn)生的損耗越來(lái)越大，為了提升諧振變換器效率和降低開(kāi)關(guān)管溫度，減少損耗，常采用同步整流技術(shù)。傳統(tǒng)同步控制一般是采用同步整流芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)檢測(cè)開(kāi)關(guān)管兩側(cè)的電壓或電流來(lái)控制開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷，如有學(xué)者提出了采用專業(yè)芯片實(shí)現(xiàn)同步整流，但該類方法增加了外圍電路，針對(duì)雙向能量傳遞需要增加額外電路，結(jié)構(gòu)更復(fù)雜。

針對(duì)車載動(dòng)力電池等寬范圍電壓場(chǎng)合，需要的同步整流芯片耐壓值過(guò)高，同時(shí)額外的芯片和外圍電路的增加也會(huì)降低變換器的可靠性和效率，提升成本。需要說(shuō)明的是，目前各芯片公司尚未能提供成熟的用于動(dòng)力電池充放電功率及電壓等級(jí)的同步整流控制芯片。

針對(duì)CLLLC變換器的功率雙向流動(dòng)特性和寬電壓應(yīng)用場(chǎng)合，采用數(shù)字控制相比于模擬控制更加靈活和穩(wěn)定。為此，有學(xué)者率先提出了數(shù)字同步控制，但未作出具體分析，且未通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明可行性；此外有學(xué)者提出數(shù)字化的同步整流控制，采用差分比較電路和高速比較器對(duì)同步開(kāi)關(guān)器件漏源電壓過(guò)零點(diǎn)進(jìn)行采樣，實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制，但此種方法會(huì)增加硬件成本和復(fù)雜度，帶來(lái)額外采樣成本和損耗。

為解決車載充電器（OBC）系統(tǒng)的雙向CLLLC諧振變換器在寬范圍工作條件下效率過(guò)低、開(kāi)關(guān)管溫度過(guò)高等問(wèn)題，杭州電子科技大學(xué)區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)浙江省工程實(shí)驗(yàn)室、寧德時(shí)代新能源科技有限公司的研究人員廖嘉睿、杭麗君、但志敏、何遠(yuǎn)彬、高錦鳳，在2022年第14期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，提出一種新的數(shù)字同步整流控制策略。

圖1 開(kāi)關(guān)管溫度對(duì)比

他們首先考慮同步開(kāi)關(guān)器件特性和零電壓開(kāi)通的條件，通過(guò)分析計(jì)算得到同步管驅(qū)動(dòng)信號(hào)的開(kāi)通延遲時(shí)間。其次，以CLLLC拓?fù)涞拿}沖頻率調(diào)制（Pulse Frequency Modulation, PFM）控制模式為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)不同工作頻率模態(tài)的分析，總結(jié)同步開(kāi)關(guān)管與主動(dòng)管關(guān)斷時(shí)間的關(guān)系，通過(guò)線性函數(shù)分段擬合的方法得到同步管關(guān)斷提前的時(shí)間。此方法相較于其他同步整流控制，利用純軟件實(shí)現(xiàn)了CLLLC同步整流，適用于大功率寬電壓場(chǎng)合，不受能量流動(dòng)方向限制，能實(shí)現(xiàn)全頻率覆蓋，無(wú)需額外增加硬件成本，大大降低了硬件設(shè)計(jì)復(fù)雜度。

研究人員表示，該控制方法可針對(duì)實(shí)際變換器參數(shù)分散性和變化來(lái)設(shè)置擬合曲線裕度，不受母線電壓值及變化影響，由MCU數(shù)字芯片實(shí)現(xiàn)，較為簡(jiǎn)單，適用性比現(xiàn)有模擬方案更強(qiáng)。而實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在大功率寬電壓應(yīng)用中，在中、重載工況下，該策略能夠有效地降低開(kāi)關(guān)管損耗，提高轉(zhuǎn)換效率，最高可以使系統(tǒng)效率提升3%左右，大大降低了同步開(kāi)關(guān)管溫度和損耗，避免熱風(fēng)險(xiǎn)對(duì)樣機(jī)的危害。

本文編自2022年第14期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“寬范圍CLLLC雙向同步整流數(shù)字控制方法”。本課題得到國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。