[发明专利]一种双向全桥三电平DC-DC变换器优化控制方法

说明书

本发明公开了一种双向全桥三电平DC‑DC变换器回流功率最小的控制方法，双向全桥三电平DC‑DC变换器的拓扑结构中有三个控制量可控制，分别是原边桥臂中点电压占空比D₁、副边桥臂中点电压占空比D₂和原、副边桥臂中点电压之间的移相比在满足传输负载所需功率的前提下实现变换器回流功率最小的控制。发明控制方法可以实现：协调控制D₁、D₂、在满足负载所需功率的情况下，使变换器回流功率最小，从而减小功率器件的电流应力，进而减小开关器件和磁性元件的通态损耗。同时，在整个传输功率范围内，电路中的所有开关管都能够实现零电压导通，有效减少了功率器件的开关损耗。

技术领域

本发明涉及电力电子器件控制技术领域。

背景技术

隔离型双向DC-DC变换器是可以二象限运行且能够实现输入、输出侧电气隔离的DC-DC变换器，它作为电力电子变压器的一个重要组成部分，在智能微网、分布式发电系统以及电力机车牵引系统中被广泛使用。

大功率隔离型双向DC-DC变换器较常用的是双向全桥两电平电路结构，它由两个对称的H桥、中频变压器和两个直流稳压电容构成。这种变换器结构简单，功率密度大，能实现电气隔离且能量可双向流动。但是在这种变换器拓扑中的每个开关管承受的电压是输入电压或者输出电压，因而受开关管耐压等级和器件成本限制，不适合应用于高电压场合。

双向全桥三电平DC-DC变换器由两个对称的全桥三电平电路、中频变压器和四个直流稳压电容组成。它除了具有双向全桥DC-DC变换器的优点外，还具有的一个显著特点是电路中每个开关管的电压应力只有输入电压或输出电压的一半。同时，在工作电流不变的条件下，三电平变换器相比于两电平电路可成倍提高变换器功率等级。

双向全桥三电平DC-DC变换器应用传统移相控制的原理是：电路中原边桥臂中的四只开关管(S₁₁、S₁₂、S₁₇、S₁₈)同时导通，另外四只开关管(S₁₃、S₁₄、S₁₅、S₁₆)与其互补导通；副边桥臂中，四只开关管(S₂₁、S₂₂、S₂₇、S₂₈)同时导通，另外四只开关管(S₂₃、S₂₄、 S₂₅、S₂₆)与其互补导通。两个桥臂之间相对称的两只开关管的导通信号之间存在移相角，移相角对应的时间与半个周期的比值为的正负决定传输功率的方向，其大小决定传输功率的大小。移相控制简单易实现，但是没有利用变换器的三电平输出优点。同时，在 t₀-t’₀和t₂-t’₂两段时间内，v_ab与i_L相位相反，说明在这两段时间内本该传到变换器副边的功率回流到了变换器原边，即出现了功率回流现象，而这部分回流的功率就叫做回流功率。在系统运行过程中如果有功率回流存在，为了补足回流的功率，达到指定的传输功率，必然要增加输出电流，从而增大功率器件的电流应力，进而增大开关器件和磁性元件的损耗，降低变换器的效率。鉴于现有技术的以上缺点，有必要对变换器的控制策略进行研究更新。

发明内容

本发明的目的是提供一种双向全桥三电平DC-DC变换器优化控制方法，它能有效地解决双向全桥三电平DC-DC变换器回流功率控制的技术问题。

本发明的目的是通过如下的手段实现的：

一种双向全桥三电平DC-DC变换器控制方法，所述双向全桥三电平DC-DC变换器有三个控制量，分别是原边桥臂中点电压占空比D₁、副边桥臂中点电压占空比D₂和原、副边桥臂中点电压之间的移相比其控制器包括电压控制模块、优化控制模块和开关信号产生模块；采用的控制策略包括如下步骤：