[发明专利]双有源全桥直流变换器的优化控制方法

说明书

本发明公开了双有源全桥直流变换器的优化控制方法，采用多重移相控制，通过控制输入、输出侧全桥变换器内桥臂与桥臂间的开关相位差，以及两侧全桥变换器之间的开关相位差，控制直流变换器传输功率的大小和方向。本发明对多重移相控制方式下的DAB型直流变换器中的各个桥臂开关函数，等效电路状态变量进行一阶谐波近似，推导出稳态状态变量的解析解。通过解析解的二次分析，推导出在给定直流母线电压、传输功率和开关频率的前提下，多重移相控制下的最优控制变量组合，使得功率器件的损耗得到极大的降低，在不改变DAB型直流变换器拓部结构和电路参数情况下，仅仅对工作点进行优化，极大的提升了直流变换器的功率传输效率。

技术领域

本发明涉及直流变换器领域，具体涉及一种双有源全桥直流变换器的优化控制方法。

背景技术

双有源全桥(Dual-Active Bridge，DAB)型直流变换器具有电气隔离，功率双向传输和功率密度高等优点，广泛应用于储能等领域。如图1所示，DAB型直流变换器主要由输入侧全桥变换器，输出侧全桥变换器以及高频变压器组成。

传统的DAB型直流变换器的控制方式主要包括两类：单移相控制和多重移相控制。

在单移相控制方式中，全桥变换器每个桥臂中的两个开关器件采用互补的开关模式，桥臂和桥臂间的开关相位差为180°。通过控制输入和输出侧全桥变换器之间的开关相位差，来控制传输功率的大小和方向。这种控制方式实现简单，但是在变压器两端等效电压不匹配时，存在大量的回流功率，导致功率器件的损耗增加和变换器的功率传输效率降低。

多重移相控制在单移相控制的基础上，改变全桥变压器桥臂和桥臂间的开关相位差。通过进一步控制输入和输出侧全桥变换器之间的开关相位差，可以保证在一定的传输功率前提下，抑制变换器回流功率，大大减小功率器件的损耗和提升变换器的效率。但是这种控制方式由于存在多个控制变量，大大增加了控制的复杂度和难度。以三重移相控制为例，给定输入和输出侧直流母线电压，在开关频率不变的情况下，有多达三个控制变量，包括输入侧全桥变换器桥臂间的开关相位差，输出侧全桥变换器桥臂间的开关相位差，以及输入和输出侧全桥变换器间的开关相位差。在传统的多重移相控制方式中，找出最优的一组控制变量，使得进一步降低功率器件损耗和提升变换器效率，是非常困难的。

发明内容

本发明目的是：提供一种实现简单的双有源全桥直流变换器的优化控制方法，减小功率器件损耗和提升变换器效率。

本发明的技术方案是：

双有源全桥直流变换器的优化控制方法，所述双有源全桥直流变换器包括输入侧全桥变换器、输出侧全桥变换器，以及连接两侧全桥变换器的高频变压器，所述优化控制方法采用多重移相控制，通过控制输入、输出侧全桥变换器内桥臂与桥臂间的开关相位差，以及两侧全桥变换器之间的开关相位差，作为最优控制变量组合控制直流变换器传输功率的大小和方向。

优选的，所述优化控制方法包括：对直流变换器中的各个桥臂开关函数、等效电路状态变量进行一阶谐波近似，推导出稳态状态变量解析解；通过解析解的二次分析，推导出在给定直流母线电压、传输功率和开关频率的前提下，多重移相控制下的最优控制变量组合。

优选的，所述最优控制变量组合，应用于闭环控制实现中时，设计闭环控制器来控制控制变量逼近所述最优控制变量组合，实现对传输功率效率的最大优化。

优选的，在多重移相控制方式中，全桥变换器各个桥臂中的上下两个开关采用互补的开关模式，占空比为50％，对各个开关的开关函数进行一阶谐波近似。

优选的，对各个开关的开关函数进行一阶谐波近似后，对双有源全桥直流变换器进行等效电路建模：各个开关当成理想开关，变压器当成理想变压器和漏电感串联的结构。