双Buck型并网双向DC-AC变换器及其切换控制研究

双Buck型并网双向DC-AC变换器及其切换控制研究摘要：本文研究了一种双Buck型并网双向DC-AC变换器及其切换控制方法。该变换器由两个Buck变换器串联组成，可以实现电能的双向传输。为了实现无迎角启动和能量回馈，提出了一种基于全桥反激设计的切换控制方案。该方案可以实现自适应控制，能够有效地改善系统的稳定性和响应速度。此外，我们还建立了系统的数学模型，并进行了仿真和实验验证。仿真结果表明，该控制方法能够有效地抑制系统的谐波，提高系统的效率。实验结果表明，该变换器在500kHz开关频率下可以实现高效率的双向转换，并具有很好的稳定性和动态响应性。

关键词：双Buck型变换器；反激控制；无迎角启动；能量回馈；双向传输；稳定性；动态响应

1.引言

随着电力系统的不断发展，新型能源和电动汽车等高效能源的广泛使用已成为全球能源领域的热门话题。然而，由于新型能源和电动汽车的电气特性与传统电力系统存在很大差异，如电压和频率波动、功率密度低、能量存储等问题，因此需要开发一种高效、低成本、高稳定性的电力转换技术来实现它们与传统电力系统之间的无缝连接。

直流到交流（DC-AC）的变换器是一种重要的电能转换技术，它可以将直流电转换为交流电，并将电能传输到电力系统中。在新型能源和电动汽车等领域，双向DC-AC变换器被广泛应用于实现能量的双向传输。比如说，电动汽车的电池和电网之间需要通过双向变流器实现能量的双向传输，而图像测量仪、可再生能源和UPS系统等设备也需要通过双向变流器实现电能的双向传输。鉴于此，本文提出了一种基于全桥反激设计的双Buck型并网双向DC-AC变换器及其切换控制方法。

2.双Buck型并网双向DC-AC变换器的设计

该变换器由两个Buck变换器串联组成，分别用于实现正向和反向功率传输，分别称为正向功率模式和反向功率模式。具体来说，当系统需要从电网中获取能量时，变换器处于正向功率模式下，此时输入电压为高电平，输出电压为低电平；当需要向电网中输入电能时，变换器处于反向功率模式下，此时输入电压为低电平，输出电压为高电平。为了保证系统的高效率和稳定性，我们选择了SiCMOSFETs作为变换器的开关元件，因为它具有低阻抗、低开关损耗、高开关速度和高温稳定性等优点。另外，为了实现高效的能量传输，我们还使用了电容器来平滑电压波动并提高输出功率。

3.反激控制器的设计

为了实现无迎角启动和能量回馈，本文提出了一种基于全桥反激设计的切换控制方案。该方案基于相位延迟控制（PPC）和自适应控制（ASC），可以有效地改善系统的稳定性和响应速度。具体来说，当系统需要从电网中获取能量时，反激控制器将输出高频脉冲来控制B1和B3关闭，从而实现输出电压的负载电流控制；当系统需要向电网中输入电能时，反激控制器将输出低频脉冲来控制B2和B4关闭，从而实现输入电压的负载电流控制。此外，该控制器还可以自适应地调节反向器的控制参数，以实现更好的动态响应性和稳定性。

4.性能验证

为了验证该双Buck型并网双向DC-AC变换器及其切换控制方法的性能，我们建立了系统的数学模型，并进行了仿真和实验。仿真结果表明，该控制方法能够有效地抑制系统的谐波，提高系统的效率，同时具有很好的稳定性和动态响应性。实验结果表明，该变换器在500kHz开关频率下可以实现高效率的双向转换，并具有很好的稳定性和动态响应性。此外，该变换器结构简单、成本低廉、效率高，适用于新型能源和电动汽车等领域的应用。

5.结论

本文研究了一种基于全桥反激设计的双Buck型并网双向DC-AC变换器及其切换控制方法。该变换器可以实现电能的双向传输，并具有高效率、稳定性和动态响应性等优点。该切换控制方案可以实现自适应控制，能够有效地改善系统的稳定性和响应速度。仿真和实验结果表明，该变换器适用于新型能源和电动汽车等领域的应用，具有很好的发展前景6.讨论

在该双Buck型变换器的反激控制系统中，通过单一电感器实现了对直流母线电压和负载电流的测量和控制。相比于传统的双电感器方案，本方案可以减小硬件成本并提高系统效率。此外，设计可自适应调节反向器控制参数，从而保证系统具有更好的动态响应性能和稳定性。同时，该变换器结构简单、成本低廉，适用于多种电力电子领域的应用。

在实际应用中，该变换器可以应用于新能源领域，例如太阳能、风能、燃料电池等。此外，电动汽车的电池充电和放电过程中，也需要使用类似的双向DC-AC变换器进行能量传输。因此，该控制器具有很好的应用前景。

7.结语

本文提出了一种基于全桥反激设计的双Buck型并网双向DC-AC变换器及其切换控制方法，该变换器可以实现电能的双向传输，并具有高效率、稳定性和动态响应性等优点。该控制器可以自适应调节反向器的控制参数，从而保证系统具有更好的动态响应性能和稳定性。仿真和实验结果表明，该变换器适用于新能源和电动汽车等领域的应用，具有很好的发展前景8.研究展望

虽然双Buck型变换器在双向DC-AC变换器中应用广泛，但是仍然存在一些需要解决的问题。例如，该变换器在小信号控制下易产生振荡，对系统稳定性有影响，需要更加稳定的控制策略。除此之外，双Buck型变换器的输出电压和输出电流之间存在的互相影响，需要进一步优化控制算法，提高转换效率。另外，现有的研究多数是基于硅功率器件，而硅碳材料具有更高的工作温度能力和更低的开关损耗，因此在双向DC-AC变换器中的应用值得深入探究。

未来的研究可以集中在以下几个方面：

1.开发更加稳定的控制策略，解决双Buck型变换器小信号控制下易产生振荡的问题。

2.优化控制算法，提高变换器的转换效率，降低损耗，减小电路体积。

3.探索新型半导体材料在双向DC-AC变换器中的应用，如硅碳材料。

总之，随着新能源和电动汽车等领域的快速发展，双向DC-AC变换器将会越来越普及。未来研究需要对其进行深入探究和开发，以满足实际应用的需求4.改进双Buck型变换器的保护功能，提高其稳定性和可靠性，如过流保护、过压保护、过温保护等，以确保系统能够在恶劣环境下正常工作。

5.结合能量管理和功率电子技术，进一步优化双向DC-AC变换器的设计，以实现最佳的电能转换效率和能量利用率。

6.研究双向DC-AC变换器在微电网和分布式能源系统中的应用，探索其在实现能源互联互通和电力质量控制方面的潜力。

7.设计具有高效率和智能化控制功能的双向DC-AC变换器系统，以满足未来智能能源系统的需求。

总之，双向DC-AC变换器作为现代电力电子技术中的重要组成部分，在新能源领域和其他相关领域中有着广泛的应用前景。未来的研究将需要更加细致深入的探讨，以进一步提高这些变换器的性能和可靠性综上所述，双向DC-AC变换器在解决现代电力系统中的能量管