双向半桥电路分析及仿真

一双向半桥电路拓扑结构的分析•双向半桥电路的拓扑如图1所示：•图1•当电池组向电动机供电时，双向DC/DC变换器成为Boost变换器，将电池组的电压升高以提供给逆变器一个稳定的直流电压，并且降低了电动机的电流纹波;当电动机处在再生制动状态时，双向DC/DC变换器成为Buck变换器，将逆变器侧的直流电压降压以对电池组安全充电。•以下为两种工作模式：•一：升压工作模式•在这种模式下，功率开关M1以恒定的开关频率，采用PWM的方式工作。M2截至。这种模式下的工作电路如图2所示：•图2a图2b•当M1导通时，如图2a所示，电池组电压Ui全部加到电感L上，电感电流iL线性增长，电能以磁场能的形式存储在电感L中，二极管D1截止。当M1关断时，如图2b所示，电感电流通过二极管D1向输出侧流动。电池组和电感L的储能向负载和输出电容转移，从而给输出电容C2充电。UiLC1C2U0iLUiLC1C2U0iL•二降压工作模式•在这种模式下，功率开关M2以恒定的开关频率，采用PWM的方式工作，M1截止。这种模式下的工作电路如图3所示：•图3a图3bUiLC1C2U0iLUiLC1C2U0iLD2•当M2导通时，如图3a所示，输出电压U0加到二极管D2和电感L、输入电容C1上，故二极管D2截止。当M2关断时，如图3b所示，电感电流iL通过二极管D2续流，电感L的储能向电池组转移。二双向半桥电路的仿真•正向工作时，闭环仿真图形如图4所示：•图4•仿真波形如下所示：•(1)得到的MOS管驱动信号波形:•（2）输出电流和电压波形：：•（3）电感电流和电压波形：•从上图中可以看出当开关元件导通时，电感承受150V的正向输入电源电压，电感电流以恒定的斜率上升;当开关元件关断时，电感承受输出电压与输入电压的差为150V的反向电压，电感电流以恒定的斜率下降。（4）MOS管的电流和电压波形：•从上图可以看出当开关元件导通时，MOS管两端的电压降约为零，电感电流流过MOS管，因此，流过MOS管的电流也以恒定的斜率上升;当开关元件关断时，MOS管两端承受的电压为输出电压，电感电流流过续流二极管，因此，流过MOS管的电流为零。•反向工作时的闭环仿真图如图5所示：•图5•（1）得到的MOS管驱动信号波形：•（2）输出电压波形：•（3）电感电流和电压波形：•从上图可以看出当开关元件导通时，电感承受输入电压与输出电压的差为150V的反向电压，电感电流以恒定的斜率下降；当开关元件关断时，电感承受输出电压为150V的正向电压，电感电流以恒定的斜率上升。由于电感电流的变化率与电感两端所承受的电压成正比，因此，仿真试验中电感电流的上升率与下降率相同.•（4）MOS管的电流和电压波形•从上图可以看出当开关元件导通时，MOS管两端的电压降约为零，二极管反向偏置而关断，流过MOS管的电流就是流过电感的电流。因此，流过MOS管的电流以恒定的斜率上升；当开关元件关断时，MOS管两端的电压为输入电压，电感电流流过续流二极管，因此，流过MOS管的电流为零。