[发明专利]一种双有源桥变换器三移相控制方法

说明书

本发明涉及双有源桥变换器的控制方法，旨在提供一种双有源桥变换器三移相控制方法。是在双向拓扑结构的双有源桥直流变换器中设置用于调节输出电压的输出电压控制器，该输出电压控制器的输入信号为二次侧直流电压的给定值与实际测量值的差值，其输出信号是控制信号α，用于调节一次侧桥臂中点电压和二次侧桥臂中点电压的占空比D1和D2及其相位差D3。本发明解决了双有源桥电流应力最优解和控制复杂度的问题：求得在每个功率点下电感电流应力最小值时对应的D1、D2和D3,并解得三者之间的关系，提出简易的控制方法，仅用一个PI控制器就能实现变换器按电流应力最小的轨迹运行。

技术领域

本发明涉及一种单相或多相双有源桥变换器的控制方法，属于电力电子领域的双向直流隔离开关电源方向。

背景技术

具有隔离、能量双向流动的变换器具有广泛的应用需求，如微网、固态变压器、电动汽车充电桩等。无论是交流还是直流的双向变换器，其核心部分都是中高频隔离双向DC-DC变换器。在实际应用中，为减少能源损耗、成本和体积，效率和功率密度是评价隔离双向DC-DC变换器的重要指标。

在众多隔离双向DC-DC变换器拓扑中，双有源桥因其结构对称、控制灵活、易实现零电压开通而被广泛研究和应用。常用的单相双有源桥的拓扑结构如图1所示，该拓扑结构为对称结构，变压器一次侧和二次侧均由开关管组成全桥电路，V_ab和V_cd分别是一次侧和二次侧桥臂中点电压，i_L是电感电流。两个全桥电路通过一个中高频变压器连接。

常用的单相双有源桥共有四个桥臂，各桥臂之间可产生相位差，因而有三个控制变量，包括V_ab和V_cd的占空比D₁和D₂，以及Vab与Vcd之间的相位差φ。传统的移相调制法仅调节φ，而保持D₁和D₂为50％，这种方法控制简单且开关管能自动实现零电压开通(ZVS-on)特性，但是零电压开通的范围有限并且存在较大的电流应力，会增加导通损耗。各国学者进行了对此大量研究，研究重点是设法同时调节D₁、D₂和φ，以较小电流应力，减小导通损耗。2013年在IEEE Transaction on Industrial Electronics【电力电子期刊】上发表的“Current-stress-optimized switching strategy of isolated bidirectional DC–DCconverter with dual-phase-shift control”一文，提出了同时调节D₁、D₂和φ来减小电流应力，但是由于D1和D2保持相等，因此该控制方法实质上只进行了两个维度的调节，求得的电流应力最小值仅仅是局部的最优；2012年在IEEE Transaction on Power Electronics【电力电子期刊】发表的“Closed form solution for minimum conduction lossmodulation of DAB converters”一文，通过改变D₁，D₂和φ三个维度的解耦调节来减小导通损耗，但是该方法表达式复杂，且在中等功率等级下没有进行闭环设计，复杂的控制方法使其不适于工程实践。2016年在IEEE Transaction on Industrial Electronics【电力电子期刊】上发表的“Unified Triple-Phase-Shift Control to Minimize Current Stressand Achieve Full Soft-Switching of Isolated Bidirectional DC–DC Converter”，提出了利用Karush–Kuhn–Tucker条件的方法，通过自由调节三个维度，求得在每个功率点下电流应力的最小值，但是该方法调节D₁、D₂和Df时需要知道输出功率的大小，则需要增加电流传感器来进行输出电流实时采样，而高频的电流很难采准，增加了控制器的成本和控制难度。