[发明专利]一种双有源全桥直流变换器的瞬时电流控制方法

说明书

本发明公开了一种双有源全桥直流变换器的瞬时电流控制方法，该双有源全桥直流变换器由中频或高频变压器，V₁侧H桥电路及V₂侧H桥电路组成，且双有源全桥直流变换器工作在单移相的调制策略下；双有源全桥直流变换器在单移相的调制策略下的控制变量为两个H桥中相应开关器件的驱动信号之间的移相比为D_f；在双有源全桥直流变换器处于稳态的情况下，当V₁侧和V₂侧两个H桥式输出的相电压波形间的移相比D_f改变时，通过调节过渡区间内V₁侧和V₂侧H桥开关管的驱动波形，使得变压器的电感电流仅经过半个开关周期的过渡区间就达到平衡，降低了电感电流的直流偏置的幅度，避免了变压器出现磁饱和问题，且算法可移植性较高，从而改善了变换器的动态特性。

技术领域

本发明属于双有源全桥直流变换器技术领域，具体涉及一种双有源全桥直流变换器的瞬时电流控制方法。

背景技术

双有源全桥直流变换器是由一个高频或中频变压器和两个H桥电路构成，其拓扑结构如图1所示。它是一种隔离型双向直流变换器，具有高功率密度、宽电压输入，较低的开关应力，易于实现软开关和控制简单等优点，适用于中、大功率场合，在混合动力汽车、电力电子变压器，轨道牵引以及智能电网能量存储系统等方面均有广泛的应用。

对于工作在单移相控制策略选的双有源全桥直流变换器，在稳态状态下，添加扰动或改变其控制变量，会造成变压器中电感电流出现直流偏置的现象，并以τ＝L_s/R_s为时间常数逐渐衰减(其中，L_s为变压器中等效电感值，R_s为变压器中等效电阻值)，严重的话，会导致变压器磁饱和。在实际的变换器设计过程中，为了实现两个直流侧较宽的电压变化范围，变压器中的等效电感值L_s需要被设计得较大，同时为了提高变换器效率，变压器中等效电阻值R_s则需要被设计得较小以减小线路损耗。因此，时间常数往往会变得比较大，进而使得变换器电感电流的暂态时间较长。

现有的改善上述现象的几种典型的优化控制方法如下，最优轨迹控制法，该方法需要电压传感器和高速电流传感器，通过检测上一个步长中输入输出电压的大小以及电感电流的大小和方向，决定下一个步长开关管的开关状态。该控制方法比较复杂。而且对于不同的双有源全桥直流变换器，该算法需要重新计算，可移植性较差；还有一种暂态电流控制方法，该方法通过在两个稳态之间添加一个过渡状态，通过对过渡状态内移相比大小进行调节，可以使电感电流在过渡区间迅速达到新的平衡，而且不需要高速电流传感器，节约硬件成本。但是仍然需要电压传感器检测输入输出电压，可移植性一般，对于不同的单相双有源直流变换器仍然需要再次计算，但是运算量较小；还有一种方法是通过优化控制设计，将负载电流的变换作为前馈引入控制环，该控制方法提升了建模的复杂度，对于不同的双有源全桥直流变换器需要重新建模，可移植性较差。综上可以看出现有的方法需要电压电流传感器等硬件，此外可移植性较差。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种双有源全桥直流变换器的瞬时电流控制方法，该控制方法能够使变压器电感电流在半个开关周期之内快速达到平衡，提高了变换器的动态响应，不需要电压电流传感器等硬件资源，大大降低了电感电流的直流偏置的幅度，避免了变压器出现磁饱和问题，且算法可移植性较高。

本发明采用以下技术方案来实现的：