[发明专利]一种双有源桥DC-DC变换器及其回流功率优化方法

说明书

本发明公开了一种双有源桥DC‑DC变换器及其回流功率优化方法，所述回流功率优化方法包括：采集变换器的实际输出电压，并根据采集到的实际输出电压与期望输出电压差值，得到期望标幺化传输功率；根据期望标幺化传输功率和变换器的电压转换比，得到内移相比和外移相比；根据内移相比和外移相比控制原边单相全桥电路和副边单相全桥电路中的开关管实现零电压开通或零电流关断，同时使变换器的回流功率最小。本发明通过控制双有源桥的内外移相比，一方面实现了宽负载范围内的输出电压精确控制，另一方面对变换器的回流功率进行了优化，在保证所有全控开关器件实现零电压开通或零电流关断的同时，使变换器的回流功率最小，提高了变换器的效率。

技术领域

本发明属于直流-直流变换器技术领域，更具体地，涉及一种双有源桥DC-DC变换器及其回流功率优化方法。

背景技术

随着全球能源危机与环境污染的加剧，分布式可再生能源、储能电站及电动汽车等得到了飞速的发展，这极大地促进了直流配电网的普及和发展。双有源桥DC-DC变换装置具有动态响应快、功率密度高、功率双向流动等诸多优点，已逐渐成为直流配电网的核心控制单元，同时也是电动汽车等直流负荷接入直流配电网的关键设备。双有源桥DC-DC变换装置的性能将影响整个直流配电网的运行性能，针对双有源桥DC-DC变换器的性能优化技术已成为国内外研究的热点，具有重大的工程意义。

回流功率定义为变换器向输入侧电源输出的功率，回流功率的存在使得变换器在相同传输功率下需提供更高的峰值电流，这大大降低了变换器的效率，因此对回流功率的优化分析具有一定的必要性；回流功率的优化分析是在传输功率一定的前提下，根据回流功率的表达式，求解回流功率的最小值。传统的回流功率优化分析方法包括拉格朗日求极值方法、查表法等等。由于回流功率在优化过程中需考虑多个约束条件，拉格朗日求极值方法无法完成多个约束条件下的求解；而查表法会使系统的实时性变差，且不具有普遍适用性。

综上所述，传统双有源桥DC-DC变换器存在回流功率大，传输效率低的缺点。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种双有源桥DC-DC变换器及其回流功率优化方法，旨在解决现有双有源桥DC-DC变换器回流功率大，导致传输效率低的问题。

为实现上述目的，本发明一方面提供了一种双有源桥DC-DC变换器，包括：原边单相全桥电路、变压器、副边单相全桥电路、直接功率控制单元、回流功率优化控制单元；

所述原边单相全桥电路的直流侧与原边直流电源连接，交流侧通过辅助电感与所述变压器的原边连接；所述副边单相全桥电路的交流侧与所述变压器的副边连接，直流侧与副边直流负载连接；

所述直接功率控制单元输入端与所述副边单相全桥电路的直流侧连接，输出端与所述回流功率优化控制单元输入端连接；所述回流功率优化控制单元输出端分别与所述原边单相全桥电路和所述副边单相全桥电路的控制端连接；

所述直接功率控制单元，用于采集变换器的实际输出电压，并根据采集到的实际输出电压与期望输出电压，得到期望传输功率；

所述回流功率优化控制单元，用于根据所述期望传输功率和变换器的电压转换比，控制所述原边单相全桥电路和所述副边单相全桥电路中的开关管实现零电压开通或零电流关断，同时使所述变换器的回流功率最小；

其中，所述变换器的电压转换比为k＝V₁/nV₂，n为变压器变比、V₁为原边单相全桥电路直流侧的输入电压，V₂为副边单相全桥电路直流侧的输出电压。

进一步地，所述原边单相全桥电路包括：构成第一全桥电路的第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管和对应的反并联二极管以及原边直流稳压电容；

所述第一全桥电路与所述原边直流稳压电容并联。