[发明专利]一种双有源全桥DC-DC变换器的电流应力优化扩展移相控制方法

说明书

本发明涉及DC‑DC变换器技术，公开了一种双有源全桥DC‑DC变换器的电流应力优化扩展移相控制方法。本发明先计算得到变换器在扩展移相控制时两种模态下的平均传输功率与电流应力的标幺值，再通过拉格朗日求极值法寻找最优的优化移相比组合，将所得到的优化相移量通过扩展移相调制器转换为驱动脉冲作用于变换器实现对电流应力的优化，减少电路导通损耗，从而提高整个系统的效率。

1技术领域

本发明涉及DC-DC变换器技术，具体为一种双有源全桥DC-DC变换器的电流应力优化扩展移相控制方法。

2背景技术

双有源全桥DC-DC变换器由于其具有功率密度高、电气隔离、能量双向流动和容易实现软开关等诸多优点，而被广泛应用于电动汽车、光伏发电、不间断电源和储能等技术领域。

目前，双有源全桥DC-DC变换器有两种常用的控制方式：(1)脉宽调制控制，该方法简单且易于实现，但由于全桥逆变输出交流电压的有效值只能低于输入直流电压，因此其调压范围受到限制。而且变换器的动态特性较差。(2)移相控制，在该控制方法下，变换器系统惯性小、动态响应快且容易实现软开关。但是在单相移控制中，由于控制量仅为两个H桥输出的方波电压之间的相移量，而变换器主要通过变压器漏感(或串联辅助电感)来传输能量。因此，当输入电压与输出电压不匹配时，变换器的电感电流应力会大大增加，过大的电流应力会导致变换器损耗增加、效率下降甚至开关器件的损坏。为了减小电流应力，提出了一种双有源全桥DC-DC变换器的电流应力优化扩展移相控制方法，通过拉格朗日求极值法寻找最优的移相比组合实现对电流应力的优化。

3发明内容

本发明的目的在于提供一种双有源全桥DC-DC变换器的电流应力优化扩展移相控制方法，可以减小双有源全桥电路电感电流有效值，减少电路导通损耗，从而提高整个系统的效率。技术方案如下：

S1：一种双有源全桥DC-DC变换器的电流应力优化扩展移相控制方法包括：本优化控制方法所涉及的双有源全桥DC-DC变换器的电路拓扑包括原边全桥电路、副边全桥电路、输入电压U₁、辅助电感L、高频变压器T、输入滤波电容C₁、输出滤波电容C₂和负载电阻R；开关管S₁、开关管S₂、开关管S₃、开关管S₄，开关管S₁～S₄均反并联一个二极管D₁～D₄，开关管S₅、开关管S₆、开关管S₇、开关管S₈，开关管S₅～S₈也均反并联一个二极管D₅～D₈；开关管S₁～S₄与输入电压U₁、辅助电感L、输入滤波电容C₁、高频变压器T构成了原边全桥电路，开关管S₅～S₈与和负载电阻R、输出滤波电容C₂、高频变压器T构成了副边全桥电路。

双有源全桥DC-DC变换器扩展移相控制有两个移相控制自由度，分别为内移相比和外移相比。其中，内移相比D₁，定义为原边全桥电路中第一开关管S₁与第四开关管S₄的相位差与π的比值；内移相比D₂，定义为原边全桥电路中第一开关管S₁与第四开关管S₅的相位差与不的比值。根据内移相比和外移相比的大小关系，可分为以下两种模态：模态1对应的移相关系为0≤D₁≤D₂≤1；模态2，对应的移相关系为0≤D₂≤D₁≤1。