[发明专利]一种应用于全桥隔离DC‑DC变换器的直接功率控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及全桥隔离DC-DC变换器(包含多电平全桥隔离DC-DC变换器)的控制系统设计与制造领域。

背景技术

在20世纪90年代初，全桥隔离DC-DC变换器拓扑被学者提出来。随着新能源变流技术的迅速发展，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，受到了越来越广泛的关注。在新能源变换系统中，全桥隔离DC/DC变换器应用于分布式发电的微型电网、电动汽车和一些能量存储系统中来满足不同等级电压的变换以及能量的双向传输的需要。此外，在在高速列车的发展趋势中，轻量化与高功率密度化是实现高速列车更高速度、高效节能的关键技术之一。为了提升牵引传动系统的功率密度，取消机车上的工频牵引变压器，大功率级联多电平H桥整流器与全桥隔离DC/DC变换器相结合的中高频变压器机车也成为了当前研究的热点。

总所周知，在上述能量变换系统中，变换器需要有优良的动态响应性能来提高变换器系统的鲁棒性，因此提升变换器的动态响应速度也是变换器的一个重要目标。此外，在交流传动系统的应用中，全桥隔离DC/DC变换器的前端为单相脉冲整流器，单相脉冲整流器的直流母线电压会存在二倍电网频率的电压脉动，也即全桥隔离DC-DC变换器的输入电压含有二倍频电压脉动，如果该二倍频脉动的输入电压会引起全桥DC-DC变换器的输出电压脉动，则最终会导致DC-DC变换器后级牵引逆变器-电机系统出现拍频现象，恶化牵引电机的转矩和定子电流性能，甚至引起电机过热而损坏。因此，在输入电压含有脉动情况下，如何优化全桥隔离DC/DC变换器的控制方法，达到减小输入脉动电压对输出电压的影响是非常必要的。纵观已有资料，关于全桥隔离DC/DC变换器输入电压突变和输入电压含有脉动的控制方法报道较少。

发明内容

鉴于现有技术的以上缺点，以单相移控制方法为例，本发明提供了一种全桥隔离DC-DC变换器的直接功率控制方法，目的是：在输入电压突变和输入电压含有脉动的情况下，提高变换器系统的动态响应性能。该直接功率控制方法能够显著提高变换器对输入突变的动态响应性能，并且在输入电压含有二倍频电压脉动的情况下减小输出电压的二倍频脉动。

本发明实现其发明目的是通过如下技术方案实现的。

一种应用于全桥隔离DC-DC变换器的直接功率控制方法，用于提高全桥隔离DC-DC变换器对输入电压的动态响应性能，使其在输入电压突变或波动的情况时实现输出电压基本稳定；包含如下主要步骤：

通过采集模块01得到变换器的输出电压U_o和输入电压值U_in，将输出电压实际值U_o与其给定值U^*_o的误差通过电压外环PI模块02获得功率给定值p，由输出电压、输入电压值和功率给定值经过相移控制量计算模块03得到相移控制量D，再由调制模块04根据相移控制量生成对应的全桥隔离DC-DC变换器开关器件脉冲控制信号，从而实现全桥隔离DC-DC变换器的控制。

这样，应用本发明全桥隔离DC-DC变换器的直接功率控制方法，采集输入电压和输出电压，通过建立相移控制量基于输出电压、输入电压值和功率给定值的数学模型，实现功率的直接控制，得到相移控制量的大小，生成开关控制信号，最终完成全桥隔离DC-DC变换器的控制。

所述相移控制量计算模块03的相移控制量计算模型的获得是基于以下的分析处理：

首先，针对单相移控制方法，全桥隔离DC-DC变换器输出功率可表示为式(1)

其中：D为全桥隔离DC-DC变换器单相移控制方法中的相移控制量；U_in为输入电压；U_o为输入电压；L为等效电感值；f_s为开关频率；n为隔离变压器变比。

对于全桥隔离DC/DC变换器电感参数L、变压器变比n以及开关周期T_s可近似视为常数，则全桥隔离DC/DC变换器的输出功率可以进一步表示为

根据式(2)，则相移控制量D可表示为

在控制模型中p输出功率给定值。

最后，根据求解得相移控制量D，通过调制模块04可获得开关控制信号，从而完成全桥隔离DC-DC变换器的相移控制。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、在输入电压发生突变时，输出电压基本保持不变，显著提高了变换器在输入电压突变时的动态响应性能。

二、在输入电压含有二倍脉动时，能够显著减小输出电压的的二倍脉动分量。