[发明专利]一种实现全桥隔离DC‑DC变换器降压变换模式最小电流应力的虚拟功率控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及全桥隔离DC-DC变换器(包含半桥三电平，全桥隔离DC-DC变换器)的控制系统设计与制造领域。

背景技术

全桥隔离DC-DC变换器因其具有电气隔离、功率密度高、能量能双向流动以及模块级联容易等优点，随着新能源变流技术的迅速发展已实现了广泛的应用。在光伏发电、风能发电等分布式发电系统中，全桥隔离DC-DC变换器可以用于解决能量储存以及功率流平衡等问题。近年来，随着经济的发展以及环境问题凸显，全桥隔离DC-DC变换器也成为了电动汽车中常用的变换器拓扑。

在全桥隔离DC-DC变换器应用中，相移控制成为了典型应用的控制方法，传统相移控制能完成功率的双向流动，且控制算法简单。但采用传统相移控制，变换器在宽范围输入电压的情况下，会出现电流与开关应力过大、系统效率过低等问题。为了减小全桥隔离DC-DC变换器电流应力，国内外学者提出了多种最小电流应力优化控制算法。然而，这些最小电流应力优化控制算法均需要较为复杂的运算，且与传统相移控制相比，需要增加负载电流传感器以及存在对电感参数的依赖。

发明内容

鉴于现有技术的以上缺点，本发明的目的是提供一种实现全桥隔离DC-DC变换器降压变换模式最小电流应力的虚拟功率控制方法，使其具有运算量简单、无负载电流传感器、不依赖电感参数的优点。该虚拟功率控制方法可以有效地减小变换器控制系统软硬件设计成本。

本发明实现其发明目的是通过如下技术方案实现的。

一种实现全桥隔离DC-DC变换器降压变换模式最小电流应力的虚拟功率控制方法，采集输入电压和输出电压，通过虚拟功率控制方法得到相移控制量的大小，生成开关控制信号，完成全桥隔离DC-DC变换器的控制；控制系统可以包含理论优化计算模块01，数据采集模块02、电压外环PI模块03、控制量计算模块04以及调制模块05五个部分，控制过程包含以下步骤：

1)在输出功率为P_o的情况下，为了求解电流应力i_p的最小值，由理论优化计算模块01采用拉格朗日条件极值法得D₁和D₂的关系式：

其中：D₁，D₂为全桥隔离DC-DC变换器控制相移控制量，α₁，α₂分别为电流应力i_p中D₁，D₂的系数；β₁～β₅为输出功率P_o中相移控制量各分量的系数；

2)通过数据采集模块02获得输入电压U_in和输出电压U_o，输出电压U_o为外环电压PI控制器的输入，其PI控制器的输出为虚拟功率给定量P^*，进而根据线性端点拟合方法，通过控制量计算模块04按下式计算，得到相移控制量D₁和D₂，

其中：a为相移控制量D₁表达式中虚拟功率给定量P^*的系数；b为常系数；

3)、根据求解得相移控制量D₁和D₂，通过调制模块05获得开关控制信号，从而完成全桥隔离DC-DC变换器的控制。

实际上，在步骤1)中全桥隔离DC-DC变换器电流应力i_p和输出功率P_o可简化为式(1)

其中：D₁，D₂为全桥隔离DC-DC变换器控制相移控制量，α₁，α₂分别为电流应力i_p中D₁，D₂的系数，α₃为常数；β₁～β₅为输出功率P_o中相移控制量各分量的系数；U_in为输入电压，L为电感值，T_s为开关周期，n为变压器变比。