【文章內(nèi)容簡介】 表現(xiàn)其影響作用。因此處于儲能保持態(tài)的超級電容器，為了使存儲的電能不隨時間而緩慢減少，需要附加能量保持電路，補償由于 REP引起的靜止能量損耗，維持一定的備用儲能量。圖 超級電容器經(jīng)典電路模型(2)超級電容器充電特性超級電容器在理論上可以無限次地進行充放電，超級電容器儲存的電荷及能量可以通過檢測電壓值的方式來近似確定，判斷充電儲能過程是否結束非常方便。恒流充電，對超級電容器進行恒流充電，可以看到超級電容器的端電壓隨時間按直線規(guī)律升高，充電電流選擇范圍較大，可結合不同應用需求以及超級電容器自身狀態(tài)進行優(yōu)化控制。恒流充電的變型是分段恒流充電，即在充電初期設定較大的充電電流，而后及時根據(jù)檢測到的端電壓值來變更減少充電電流設定值，此方法也稱為遞減電流充電法.浮充充電，超級電容器在靜止保持態(tài)時，以漏電流的形式自放電，特別是使用有機電解液的超級電容器自放電率要大一些，浮充電壓也不能過高，否則會過多地增加能量損耗。脈沖充電，由于超級電容器具有可以瞬間快速吸收功率特性，能夠平滑高峰脈沖功率，再生制動過程中，通常以脈沖充電的方式吸收回饋能量進行儲能。組合充電，采用靈活的組合充電方式，在低壓時采用大電流恒流充電，隨著超級電容器端電壓升高改變?yōu)檫f減恒流充電或恒壓限流等充電方式，直至超級電容器的最高額定電壓.超級電容器充電電流的選擇原則:滿足系統(tǒng)時間要求的條件下，充電能效越高越好。相同能效情況下，充電電流越小，則功率變換電路中的電流應力也就越低。(3)超級電容器放電特性超級電容器放電時，由于負載等效電阻通常遠遠小于超級電容器的并聯(lián)等效電阻 R，因此在超級電容器放電釋能的動態(tài)過程中可以忽略表示其靜態(tài)特性的 R 的作用。在分析超級電容器放電的工程應用中，超級電容器通?？梢院喕癁橐粋€理想電容器與等效電阻 R 相串聯(lián)的模型，如圖 所示。圖 超級電容放電等效電路圖放電時，圖 中超級電容的端電壓 U(r)，放電電流為 Ic(t)，則:當?shù)刃Т?lián)電阻 RES上的壓降與電容電壓相比很小時，表明 RES對電容的放電輸出功率影響很小，可以忽略。若壓降與電容電壓之比值較大時，則表明 RES對電容的放電輸出功率不可忽略。小電流放電，R ES上電壓降可以忽略，此時超級電容器等效為理想電容器，能夠按照理想電容的能量公式進行儲能容量的分析。當超級電容器大電流放電時，R ES壓降較大，如果檢測到超級電容器輸出端電壓 U(t)下降為其規(guī)定下限值時，則超級電容器停止放電運行。由式()可知，此時超級電容器內(nèi)部的電容電壓 Uc(t)值還比較大，即相當于超級電容器儲存的大部分能量并沒有釋放出來，這表明等效串聯(lián)電阻 RES的存在影響了超級電容器的功率輸出，降低了超級電容器的有效儲能。在這種大電流放電情況下，不可忽略 RES上的能耗。第三章 多相結構 DC/DC 變換器3. 1 三相交錯雙向 DC/DC 變換器針對高電壓大功率應用場合，通常將轉換器主電路設計為多相雙向 DC/DC拓撲結構，如圖 所示。多相結構雙向 DC 心 C 變換器總電流有如下幾個重要優(yōu)勢:(l)在大功率電力電子裝置中，通過并聯(lián)多個電力電子開關管來承擔大電流，增大其功率來解決目前單個電力電子器件的電流額定遠不能滿足大功率 DC/DC變換器要求的矛盾。(2)類似電感、變壓器、濾波器等組成元件占據(jù)電能變換裝置很大一部分體積和重量，而濾波器設計和電流有很大關系，多相結構可減小電流紋波及其諧波，從而減小濾波器體積和重量，最終達到減小變換裝置體積和重量的目的。(3)多相結構變換器的各個單元變換電路還有互為備用的功能，一個單元電路發(fā)生故障后其余單元還可繼續(xù)工作，這又提高了變換器總體可靠性。圖 多相 DC/DC 變換器主電路由于特殊的應用環(huán)境，電動汽車的大功率 DC/DC 交換器應該具有這樣的特征:體積小、功率密度大、轉換效率高、響應速度快。由于儲能電感是在大功率雙向 DC/DC 轉換器其中一個關鍵部分，占去系統(tǒng)的主要體積和重量，在兼顧儲能電感的體積、重量和系統(tǒng)輸出功率的前提下，將主電路設計成隔行交錯的三相雙向 DC/DC 拓撲結構，如圖 所示，這樣會使輸出電壓的紋波減小，從而改進電能的輸出質(zhì)量。并且擬在主電路結構中引入軟開關技術，以減小功率器件的開關損耗，提高功率變換器的效率圖 提出的 DC/DC 轉換器 隔行交錯的三相雙向 DC/DC 變換器，其電路拓撲結構是在電源巧和勝之間接入三個相同的基本變換電路，當功率器件 S1S12 、S1DDD30 工作時，SSSD1D2D31 停止，為正向升壓功率流模式。當功率器件 SSSD1D2D31 工作，S1S21 、S3DDD30停止時，為反向降壓功率流模式。3. 2 軟開關的工作原理三相互補 PWM 驅(qū)動信號和電感電流波形如圖 所示。圖 多相 PWM 驅(qū)動信號和電感電流波形各相信號分別比前一相驅(qū)動信號延遲固定時間式()。Delay= ()phaeswitcNT不幸的是，越來越高的開關頻率將導致更高的損耗，比如柵極驅(qū)動器的損耗，特別是開關損耗，在傳統(tǒng)的硬開關轉換器中: () Pturnon 是由于寄生電容在開關開啟充電時的功率損耗，并 Pturnoff 是由于開關關閉期間電壓和電流波形重疊帶來的損耗。 對于具有固定死區(qū)的轉換器設計，當死區(qū)時間長于理想延遲時，不可避免地受到主體二極管傳導損耗，以及死區(qū)時間少于理想延遲時帶來的電容損耗。這些損耗發(fā)生在每一個開關周期，是不可避免的，這是因為固定的死區(qū)時間不能適合所有負載條件?？刂菩蛙涢_關可用于交叉三相雙向 DC/DC 轉換器，只要死區(qū)時間得到調(diào)整，實時跟蹤負載的變化，就可以減少開關損耗。 如果將電感大小按照()式設計，電感電流將在一個開關周期內(nèi)正向和反向的兩個方向流動，從而連續(xù)導通模式是可以避免的。低端開關關斷后電感電流的逆轉使在節(jié)點 X 處進行無損諧振，并向寄生電容充電，從而在式()中 Pturnon 被消除。類似地在理想死區(qū)時間內(nèi)，正向的電感電流無損卸掉寄生電容的電荷。 要 L 值相對較小，使電感電流在正向和反向兩方向流動，應符合下列不等式，可以實現(xiàn): ()該轉換器定義輸出電壓為 v2，輸入電壓為 v1,開關頻率為 FS，脈沖占空比為 ，輸出電流 I01, ,T11 和 T10。是理想的死區(qū)間隔。轉換器有一FsonTD*1?定的自身寄生電容和外并分流電容。理想的死區(qū)時間不能過于短。它應滿足不等式()及(()，此外，死區(qū)時間不希望過大。 () () 當電感給電容 和 進行充放時，電感可看作是一個恒流源。該電路拓1C0撲需要使用三相互補的 PWM 方法和各路信號之間相差 2Π/3 電相位角。穩(wěn)態(tài)運行時在單個開關周期內(nèi)有 6 個工作模式，其等效電路如圖 所示。現(xiàn)以其中一相為例敘述工作原理，轉換器其他兩相的工作過程與此完全一致，只是在時間上相差 T/3 ,T 為開關周期。圖 Buck boost 轉換器圖 為負載瞬時死區(qū)誤差和開關損耗示意圖。圖 負載瞬時死區(qū)誤差和開關損耗 在 to 到 t3 區(qū)間，該轉換器工作在降壓功率流模式，在 to 時刻，S10 導通，S11 關斷，電感電流通過 S10 和 L1 是反向線性增加的，D10 和 C10 兩端的電壓降為零，節(jié)點 X 處電壓是 V2 。當 t1 時刻，s10 柵極驅(qū)動信號為低電平，s10 和 s11 是關斷的，電感電流反向給 C10 充電給 C11 卸電。理想的死區(qū)時間 t11 必須足夠長，使節(jié)點 X 電壓下降到零。當 t2 時刻，節(jié)點 X 電壓降為零，電感電流繼續(xù)流經(jīng)二極管 D11 , S11 的柵極驅(qū)動信號是高電平，此時 S11 是零電壓開啟。T11 是理想的死區(qū)時間。如果實際的過渡時間短于理想死區(qū)時間，該節(jié)點電壓尚未下降到零，將產(chǎn)生 S11 開關的電容開關損耗。但是，死區(qū)時間亦不能太長，S11 應在電感電流到零之前導通。當流經(jīng) L1 和 D11 的電流伏到零時模式Ⅲ結吏。當 T4 時刻，S11 的柵極驅(qū)動信號是低電平，S10 和 S11 關斷，該電感電流給 C11 充電給 C10 卸電，二極管 D11 反向截至，S11 是零電壓關斷。當 T5 時刻，節(jié)點 X 處電壓增加到 V2，電感電流通過 L1 和 D10 開始線性減少，在 S10 兩端的電壓降為零，S10 的柵極驅(qū)動信號是高電平，S11 是零電壓導通。T10 是理想的死區(qū)時間。如果過渡時間短于理想的死區(qū)時間，那么該節(jié)點電壓尚未下降到零，開關 S10 將產(chǎn)生電容開關損耗。同樣，死區(qū)時間不能太長，S10 應該在電感電流為零之前導通。在 T6 到 T7 區(qū)間，該轉換器工作在降壓功率流模式，轉換器進入下一個工作周期。在圖 中理想的死區(qū)時間是 T10 和 T11，由充放電荷的電容大小和電感電流的波峰波谷值大小所決定。在開關頻率不變的情況下，對于不同的負載，輸出電流是不同的，所以理想的死區(qū)時間的最小值是不同的，也就是說，輸出電流的波動對不同的負載總是不變的。圖 為動態(tài)負載下電感電流示意圖。如果調(diào)整開啟頻率，使開關頻率隨著負載電流的變化而變化，原則是使反向電感電流峰值保持一定，那么相