[发明专利]基于SiC-Si混合功率半导体器件开关的双有源桥变换器

说明书

一种基于SiC‑Si混合功率半导体器件开关的双有源桥变换器，由两个基于SiC‑Si混合功率半导体器件开关的单相全桥H₁和H₂，以及一台高频变压器T_hf构成。SiC‑Si混合功率半导体器件由同电压等级的一只小额定电流SiC‑MOSFET和一只大额定电流Si‑IGBT并联组成。本发明双有源桥变换器为移相控制。在SiC‑Si混合功率半导体器件开关中先导通SiC‑MOSFET,实现Si‑IGBT零电压开通，然后关断SiC‑MOSFET，使得Si‑IGBT零电压关断。配合双有源桥变换器的原有软开关范围，通过改变SiC‑Si混合功率半导体器件中SiC‑MOSFET和Si‑IGBT的开通关断时序，可以降低基于SiC‑Si混合功率半导体器件开关的双有源桥变换器的器件开关损耗及通态损耗，提高变换器效率。

技术领域

本发明涉及一种双有源桥变换器，特别涉及一种双有源桥变换器。

背景技术

具有隔离、能量双向流动的变换器具有广泛的应用需求，如微网、固态变压器、电动汽车充电桩等。无论是交流还是直流的双向变换器，其核心部分都是中高频隔离双向DC-DC变换器。在实际应用中，为减少能源损耗、成本和体积，效率和功率密度是评价隔离型双向DC-DC变换器的重要指标。

在众多隔离双向DC-DC变换器拓扑中，双有源桥因其结构对称、控制灵活、易实现零电压开通而得到广泛研究和应用。双有源桥拓扑为对称结构，变压器原边侧和副边侧均由开关管组成全桥电路，V_ab和V_cd分别是原边侧和副边侧桥臂中点电压，i_L是电感电流。两个全桥电路通过一个中高频变压器连接。

常用的单相双有源桥共有四个桥臂，各桥臂之间可产生相位差，因而有三个控制变量，包括原边侧桥臂中点电压V_ab、副边侧桥臂中点电压V_cd的占空比D₁和D₂，以及原边侧桥臂中点电压V_ab与副边侧桥臂中点电压V_cd之间的相位差φ。传统的移相调制法仅调节φ，保持D₁和D₂为50％，这种方法控制简单且开关管能自动实现零电压开通特性，但是零电压开通的范围有限，并且存在较大的电流应力，会增加导通损耗。各国学者对此进行了大量研究，研究重点是设法减小电流应力以及开关损耗。2013年在IEEE Transaction on IndustrialElectronics【电力电子期刊】上发表的“Current-stress-optimized switching strategyof isolated bidirectional DC–DC converter with dual-phase-shift control”一文，提出了同时调节D₁、D₂和φ来减小电流应力，但是由于D₁和D₂保持相等，因此该控制方法实质上只进行了两个维度的调节，求得的电流应力最小值仅仅是局部的最优；2012年在IEEETransaction on Power Electronics【电力电子期刊】发表的“Closed form solution for minimum cond uction loss modulation of DAB converters”一文，通过改变D₁，D₂和φ三个维度的解耦调节来减小导通损耗，但是该方法表达式复杂，且在中等功率等级下没有进行闭环设计，复杂的控制方法使其不适于工程实践。

中国专利201710657027.1是一种用于双有源桥变换器的闭环控制方法，通过调节双有源桥变换器的原边全桥内部移相比、副边全桥内部移相比、原副边之间移相比三个控制量，实现全局优化。该发明的控制量较多，增加了控制器的成本和控制难度。总结来说，现有的双有源桥控制方法无法兼顾效率最优和控制复杂度。

发明内容