[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

说明书

双向双有源全桥变换器，第一直流电压V1的两端与滤波电容C1并联；第一桥路的输出端A1与电感Lr的一端相连，Lr的另一端与变压器T1原边的同名端相连；输出端B1端与变压器T1原边的异名端相连；第三桥路的输出端A2与变压器T1副边的同名端相连；第四桥路的输出端B2；输出端B2与变压器T1副边的异名端相连；控制方法是给定功率与计算出的变换器功率经过牛顿迭代法得到一个可以补偿功率与移相比之间非线性的参数调制度，再采集变换器原边和副边电压，利用三重移相调制算法得到三重移相占空比，经过脉冲发生器产生开关管的驱动脉冲，控制变换器正常工作；可快速维持系统按照给定功率运行，提高系统的动态响应速度。

技术领域

本发明属于特种开关电源技术领域，具体涉及双向双有源全桥变换器及其线性化直接功率控制方法。

背景技术

双向双有源全桥(DualActive Bridge,DAB)变换器能灵活控制不同直流电压等级之间的能量双向传输，同时因其具有电气隔离、功率密度高、控制方式灵活以及模块容易级联等优点，受到了广泛的关注。因此，在电动汽车与电网互动、储能系统充放电、电力电子变压器等领域具有巨大的应用潜力。但双向DAB变换器是一个多变量强耦合的非线性系统，直接对控制器进行设计难度比较大，需要对变换器进行非线性解耦，使得系统可以转换为一个易于设计的线性系统，因此如何简化控制器的设计来提高系统的动静态性能逐渐成为研究热点。

目前，双向DAB变换器大多采用电压电流双闭环PI控制策略，其PI控制器根据给定值与实际值构成偏差，将比例和积分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。而采用移相调制的双向DAB变换器传输功率与移相比之间是一种非线性关系，使得固定PI参数难以适应各种工况，因而采用传统的PI控制难以满足系统在各种参数变化时的动态性能要求。应用于双向DAB变换器的调制方法主要是移相调制，其中的三重移相调制拥有三个自由度，使得变换器运行模式更加灵活多样，以达到更优的控制效果。三重移相调制可以减小变换器的无功功率以及通态损耗，从而可以有效提升变换器的效率。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供双向双有源全桥变换器及其线性化直接功率控制方法，该控制方法是给定功率与计算出的变换器功率经过牛顿迭代法得到一个可以补偿功率与移相比之间非线性的参数调制度，再采集变换器原边和副边电压，利用三重移相调制算法得到三重移相占空比，经过脉冲发生器产生开关管的驱动脉冲，控制变换器正常工作；利用本发明所提的方法，当变换器运行参数变化时，可以保证系统输出功率总能快速跟随给定功率，提高系统的动态性能，解决传统的PI控制难以满足系统在各种参数变化时的动态性能要求以及非线性控制器设计难度较大的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

双向双有源全桥变换器，包括有第一直流电压V1，第一直流电压V1的两端与滤波电容C1并联连接；第一桥路由功率开关管Q1和功率开关管Q2组成，第二桥路由功率开关管Q3和功率开关管Q4组成；功率开关管Q1的集电极和功率开关管Q3的集电极连接在一起，并与第一直流电压V1的正极相连；功率开关管Q2的发射极和功率开关管Q4的发射极连接在一起，并与第一直流电压V1的负极相连；功率开关管Q1的发射极与功率开关管Q2的集电极相连，作为第一桥路的输出端A1；功率开关管Q3的发射极与功率开关管Q4的集电极相连，作为第二桥路的输出端B1；输出端A1与电感Lr的一端相连，Lr的另一端与变压器T1原边的同名端相连；输出端B1端与变压器T1原边的异名端相连；第三桥路由功率开关管Q5和功率开关管Q6组成，第四桥路由功率开关管Q7和功率开关管Q8组成；第二直流电压V2的两端与滤波电容C2并联连接；功率开关管Q5的集电极和功率开关管Q7的集电极连接在一起，并与第二直流电压V2的正极相连；功率开关管Q6的发射极和功率开关管Q8的发射极连接在一起，并与第二直流电压V2的负极相连；功率开关管Q5的发射极与功率开关管Q6的集电极相连，作为第三桥路的输出端A2；功率开关管Q7的发射极与功率开关管Q8的集电极相连，作为第四桥路的输出端B2；输出端A2与变压器T1副边的同名端相连；输出端B2与变压器T1副边的异名端相连。