[发明专利]双向双有源全桥变换器及其线性化直接功率控制方法

权利要求书

1.利用双向双有源全桥变换器线性化直接功率的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，变换器两端的直流电压信号V1、直流电压信号V2连接到三重移相调制算法模块的输入端和功率计算模块的输入端；

步骤2，变换器功率计算模块的输出信号P_t以及给定功率P_ref连接到牛顿迭代算法模块的输入端，牛顿迭代算法模块的输出信号u连接到三重移相调制算法模块的输入端；

功率计算模块根据式(1)计算当前变换器的传输功率P_t，

式中，V₁为第一直流电压，V₂为第二直流电压，L为变压器串联电感Lr的电感值，n为变压器T1副边与原边的匝比，f_sw等于1/2T，T为半个开关周期，D₁为第一桥路与第二桥路之间的移相比，D₂为第三桥路与第四桥路之间的移相比，D₀为第一桥路与第三桥路之间的移相比，F₀₁(D)＝-0.0645sin(πD)-0.0024sin(3πD)是变量D的函数，D₀、D₁、D₂为三重移相调制的移相比，式(1)中F₀₁(D)的D分别等于D₀、D₀-D₁、D₀+D₂、D₀+D₂-D₁；

步骤2所述的移相调制算法模块，具体包括：

根据牛顿迭代算法的输出信号u的正负判断当前能量传输方向，如果u≥0,表示能量正向传输，若u＜0则表示能量反向传输，定义M＝V₂/V₁，M表示第二直流电压与第一直流电压之比，并根据M、u判断移相调制方式以及计算移相比D₀、D₁、D₂；

当M≤1时，存在以下四种情况：

若1-M≤u≤1，变换器三重移相比根据式(4)计算，

若0≤u＜1-M，变换器三重移相比根据式(5)计算，

若[-1+M+(1-M²)^0.5]/(2M)-0.5·u≤0.5，变换器三重移相比根据式(6)计算，

若非上述三种情况，则变换器三重移相比根据式(7)计算，

D₀＝0.49；D₁＝0；D₂＝0 (7)

当M＞1时，同样存在四种情况：

令N＝1/M，若1-N≤u≤1，变换器三重移相比根据式(8)计算，

若0≤u＜1-N，变换器三重移相比根据式(9)计算，

若[-1+N+(1-N²)^0.5]/(2N)-0.5·u≤0.5，变换器三重移相比根据式(10)计算，

若非上述三种情况，则变换器三重移相比根据式(11)计算，

D₀＝-0.49；D₁＝0；D₂＝0 (11)

D₁为第一桥路与第二桥路之间的移相比，D₂为第三桥路与第四桥路之间的移相比，D₀为第一桥路与第三桥路之间的移相比，N为第一直流电压与第二直流电压之比,u为牛顿迭代算法的输出信号；

步骤2所述的牛顿迭代算法模块，具体的计算过程如下：

S1，首先建立非线性方程：

f(u)＝P_ref-P_t (2)

式中P_t为DAB变换器的传输功率；P_ref为DAB变换器的给定功率，u为牛顿迭代算法的输出信号；

S2，建立非线性方程求解的牛顿迭代算式：

式中f′(u_k)为f(u_k)在u_k处的一阶导数；

S3，牛顿迭代算法每一次的输出信号u经过三重移相调制算法产生三个移相比D₀、D₁、D₂，作用于传输功率计算模块来计算出当前变换器的传输功率P_t；

步骤3，三重移相调制算法的输出信号D₀、D₁、D₂连接到锁存器的输入端以及功率计算模块的输入端；

步骤3所述的锁存器，执行如下操作：

将移相调制算法模块输出的移相比D₀、D₁、D₂输出到锁存器模块，当功率误差信号ΔP＞1％，锁存器锁存当前计算出的移相比D₀、D₁、D₂，但不进行输出，变换器工作状态不变，以当前移相比D₀、D₁、D₂重复进行传输功率计算模块计算P_t、牛顿迭代算法模块计算u、移相调制算法模块计算新的D₀、D₁、D₂；经过上述不断迭代计算，当功率误差信号ΔP≤1％时，锁存器不进行锁存，输出D₀′、D₁′、D₂′作为变换器的下一个工作状态的移相比；

步骤4，给定功率P_ref与传输功率P_t之间的功率误差信号ΔP连接到锁存器的输入端，锁存器的输出信号D₀′、D₁′、D₂′连接到脉冲发生器模块的输入端；

步骤5，脉冲发生器模块的输出信号g1～g8发送到DAB变换器的功率开关管Q1～Q8驱动电路的对应输入端。

2.根据权利要求1所述的利用双向双有源全桥变换器线性化直接功率的控制方法，其特征在于，步骤5所述的脉冲发生器模块，具体执行如下操作：

将锁存器的输出信号D₀′、D₁′、D₂′转换成开关管Q1～Q8驱动信号；以开关管Q1的驱动信号为基准，设定开关管Q1的驱动信号为50％占空比的方波信号g1，而每个桥路的上下两个开关管驱动信号互补，因此开关管Q2的驱动信号g2滞后开关管Q1的驱动信号180°，开关管Q3驱动信号g3滞后开关管Q1驱动信号1-D₁′个开关周期，开关管Q4驱动信号g4滞后开关管Q3驱动信号180°，开关管Q5驱动信号g5滞后开关管Q1驱动信号D₀′个开关周期，开关管Q6驱动信号g6滞后开关管Q5驱动信号180°，开关管Q7驱动信号g7滞后开关管Q1驱动信号1-D₂′-D₀′个开关周期，开关管Q8驱动信号g8滞后开关管Q7驱动信号180°；因此Q1～Q8八个开关管的驱动信号都得以确定，控制变换器正常工作。