[发明专利]一种减小双有源全桥DC-DC变换器环流损耗的方法

说明书

本发明提出一种减小双有源全桥DC‑DC变换器环流损耗的方法，通过采集双有源全桥DC‑DC变换器的输入输出电压和电流，计算得到双有源全桥DC‑DC变换器中变压器两侧桥式功率变换单元之间的移相角然后根据移相角的值，判断采用传统移相控制、双重移相控制或是三重移相控制方式。本发明优化了双有源全桥DC‑DC变换器在全功率范围内两侧直流源的功率环流特性，可以使得变换器在全负载范围内实现所有开关管的软开关，极大降低了电感电流的有效值和峰值，进而能够有效减小由于环流功率而引起的变换器损耗，提升变换器的功率传输效率，拓宽了双有源全桥DC‑DC变换器高效工作时的负载范围。

技术领域

本发明属于航空电力变换技术领域，涉及一种减小双有源全桥DC-DC变换器环流损耗的方法。

背景技术

伴随着多电、全电飞机的发展，飞机电力系统向着大功率、高可靠、高效率等方向不断发展。作为航空电力系统的重要组成部分，二次电源实现了机上各种电气负载的电力供应。多电飞机中的多种用电负荷对于电能的要求日渐增多，机上大容量的用电设备要求二次电源具有足够高功率密度、高效率和高可靠性。

270V高压直流电源系统，是继低压直流和恒频交流电源后发展的一种新型飞机电源系统，已成为四代机和未来五代机的主要电源体制。伴随着航空电源的发展，机上对于28V低压电能的需求也越来越大。因此，高可靠性、高效率的270V-28V DC-DC功率变换器，作为不同电压等级直流电之间进行能量交换的装置，由于其具有功率传输灵活、响应速度快等特点，已成为机上大容量低压用电设备的必备，对保障飞机关键负载不间断供电，实现飞机安全飞行和任务完成具有重要意义。

由于270V-28V DC-DC功率变换器的输入输出电压变比较大，考虑到变换器的电磁兼容性，应采用具有隔离型的DC-DC变换器拓扑结构来实现不同电压等级之间的能量传输。双有源全桥DC-DC变换器(DAB)作为一种高效率的直流变换器，具有功率密度高、宽输入输出电压范围、结构对称以及开关器件的电压电流应力小等优势，被应用于各类中大功率场合。双有源全桥DC-DC变换器具有三个可控变量，根据这三个变量的组合情况，一般有三类控制方法：传统移相控制、双重移相控制和三重移相控制。

传统移相控制是一种最简单的控制方式，此时变压器两侧的两个桥式功率变换单元均是满占空比，通过控制两个桥式功率变换单元之间的移相角来调节传输功率的大小和方向。该控制方式操作简单，在重载运行下容易实现软开关，有利于减小开关损耗，提高变换器的开关频率和整机效率；但当输入输出电压不匹配，变换器在轻载运行时难以实现软开关，变换器中环路电流较高，存在循环能量，环流损耗增加，变换器效率降低。

在传统移相控制的基础上，加入高压侧或低压侧桥式功率变换单元的桥内移相角，从而形成双重移相控制方式。相比于传统移相控制，此时增加了一个自由度，因此增加了一个优化目标，这样可以有效减小电感电流有效值、减小变换器回流功率。但该控制方式不能在全负载范围内实现软开关，导致环流损耗增加，且控制系统不易实现，存在不对称性，系统动态性能差。

三重移相控制为同时控制三个可控变量，除控制两个桥式功率变换单元之间的移相角来调节传输功率的大小和方向外，另外还有两个可控变量，可实现两个优化目标。该控制方式可以更好的实现降低变换器的电感电流峰值、有效值和环流功率，对提高系统效率具有明显的优势。但是该控制方式也不能实现全负载范围的软开关，导致环流损耗增加，且该控制方式下变换器的工作模式较多，相对应的控制系统较为复杂。

为了提高变换器在轻载下的工作效率，也有对双有源全桥DC-DC变换器的电路拓扑进行改进的方法。譬如在变换器中加入辅助电路或利用励磁电感电流来帮助滞后桥臂在轻载下实现软开关。但是这种方法在变换器重载时，辅助电路的存在反而会降低变换器的效率，导致环流损耗增加，使得变换器不能在全负载范围内实现高效率工作。

综上所述，现有的双有源全桥DC-DC变换器控制方法均存在环流损耗问题，导致其不能在全负载范围内实现高效率工作。

发明内容