[发明专利]双有源桥变换器最小回流功率双重双向内移相控制方法

权利要求书

1.一种双有源桥变换器最小回流功率双重双向内移相控制方法，其特征在于，本控制方法所涉及的双有源桥变换器的拓扑结构包括直流电压源、一个输入电容C_i、一个原边H桥、一个移相电感L、一个高频变压器、一个副边H桥、一个输出电容C_o和一个负载电阻R；所述原边H桥由四个开关管IGBT、四个反并联二极管和四个寄生电容组成，四个开关管IGBT分别记为开关管IGBTS₁、开关管IGBTS₂、开关管IGBTS₃、开关管IGBTS₄，四个反并联二极管分别记为D₁、D₂、D₃、D₄，四个寄生电容分别记为C₁、C₂、C₃、C₄；所述副边H桥由四个开关管IGBT、四个反并联二极管和四个寄生电容组成，四个开关管IGBT分别记为开关管IGBTS₅、开关管IGBTS₆、开关管IGBTS₇、开关管IGBTS₈，四个反并联二极管分别记为D₅、D₆、D₇、D₈，四个寄生电容分别记为C₅、C₆、C₇、C₈；

所述直流电压源与输入电容C_i并联之后连接到原边H桥直流输入端，原边H桥交流输出端a点连接到移相电感L的一端，移相电感L的另一端连接到高频变压器原边的同名端a₁，高频变压器原边的异名端b₁与原边H桥交流输出端b点连接；变压器副边的同名端c₁与副边H桥交流输入端c点连接，变压器副边的异名端d₁与副边H桥交流输入端d点连接，输出电容C_o与负载电阻R并联连接到副边H桥直流输出端；

所述控制方法包括如下步骤：

步骤1：采样输出电压U₂，输入电压U₁，输出电流i₂，负载电流i_o；

步骤2：按照以下方式求得输出功率P,以及输出功率标幺值p：

P＝U₂×i₀

p＝P/P_B

式中,P_B为基准功率，P_B＝nU₁U_n/(8fL)，n为高频变压器的变比，n＝1，U_n为输出电压额定值,f为开关频率，f＝1/T_s,T_s是开关周期，L是移相电感；

步骤3，根据步骤2得到的输出功率标幺值p和临界输出功率p_max的关系，确定双有源桥变换器的内移相占空比D₁,

若p＜p_max，

若p≥p_max，

式中，k为电压转换比,所述的电压转换比k定义为输入电压U₁和输出电压U₂与高频变压器变比n乘积的比值，且0<k≤1；

步骤4，将步骤1采样得到的双有源桥变换器输出电压U₂和电压外环给定值U^*做差得到电压误差信号ΔU，将电压误差信号ΔU输入PI控制器1得到内环给定值i₂^*，然后将内环给定值i₂^*与输出电流平均值做差得电流误差信号ΔI,将电流误差信号ΔI输入PI控制器2得到外移相占空比D₂；

步骤4.1，先将电压外环的给定值U^*与步骤1采样得到的输出电压U₂做差得到电压误差信号ΔU，ΔU＝U^*-U₂，然后将电压误差信号ΔU作为PI控制器1的输入，得到内环给定值i₂^*；所述PI控制器1为比例积分控制器，其传递函数G_PI1(s)的表达式如下：

其中，s为拉普拉斯算子，k_p1为PI控制器1比例项系数，k_i1为PI控制器1积分项系数；

步骤4.2，将步骤4.1得到的内环给定值i₂^*减去输出电流平均值得电流误差信号ΔI，其表达式如下：

式中，为输出电流平均值，m是采样次数，i_2m为输出电流i₂第m次的采样值；

步骤4.3，将步骤4.2得到的电流误差信号ΔI作为PI控制器2的输入，得到外移相占空比D₂；所述的PI控制器2为比例积分控制器，其PI控制器传递函数G_PI2(s)的表达式如下：

其中，k_p2为PI控制器2比例项系数，k_i2为PI控制器2积分项系数；

步骤5，根据步骤3得到的内移相占空比D₁和步骤4得到的外移相占空比D₂，且令D₁、D₂同时满足以下三个条件：

0≤D₁≤D₂/2

0≤D₁≤1

0≤D₂≤1

根据双重双向内移相调制方法，以开关管IGBTS₁的驱动信号Q₁为基准，生成分别与开关管IGBTS₁、开关管IGBTS₂、开关管IGBTS₃、开关管IGBTS₄、开关管IGBTS₅、开关管IGBTS₆、开关管IGBTS₇、开关管IGBTS₈相对应的驱动信号Q₁、Q₂、Q₃、Q₄、Q₅、Q₆、Q₇、Q₈，驱动各个开关管IGBT，使得输出电压U₂维持稳定；

所述双重双向内移相调制方法的具体内容包括：

(1)原边H桥的开关管IGBTS₁、开关管IGBTS₂、开关管IGBTS₃、开关管IGBTS₄的驱动信号Q₁、Q₂、Q₃、Q₄与副边H桥的开关管IGBTS₅、开关管IGBTS₆、开关管IGBTS₇、开关管IGBTS₈的驱动信号Q₅、Q₆、Q₇、Q₈频率相同，开关管IGBTS₁与开关管IGBTS₂互补导通，开关管IGBTS₃与开关管IGBTS₄互补导通，开关管IGBTS₅与开关管IGBTS₆互补导通，开关管IGBTS₇与开关管IGBTS₈互补导通；

(2)开关管IGBTS₄的驱动信号Q₄滞后于开关管IGBTS₁的驱动信号Q₁，开关管IGBTS₃的驱动信号Q₃滞后于开关管IGBTS₂的驱动信号Q₂，滞后时间均为T_Δ1，

(3)开关管IGBTS₈的驱动信号Q₈超前于开关管IGBTS₅的驱动信号Q₅，开关管IGBTS₇的驱动信号Q₇超前于开关管IGBTS₆的驱动信号Q₆，超前时间与前述(2)中的滞后时间相同，即超前时间也为T_Δ1，

(4)开关管IGBTS₅的驱动信号Q₅滞后于开关管IGBTS₁的驱动信号Q₁，开关管IGBTS₆的驱动信号Q₆滞后于开关管IGBTS₂的驱动信号Q₂，滞后时间均为T_Δ2，