一种改善双有源桥动态性能的新型通用四移相调制方法技术

本发明专利技术提供了一种改善双有源桥动态性能的新型通用四移相调制方法，所有载波信号保持同步，所述通用四移相调制方法通过改变每个载波中比较寄存器的参数来调节相应的移相角。本发明专利技术所提出的控制方法是基于传统移相控制方法，仅需测量输入输出电压，不需要添加辅助电路。相对于其他控制方法，本发明专利技术所提出方法动态响应瞬间完成，不需要过渡过程，也不需要检测电感电流，并且整个控制过程与电感值无关。本发明专利技术所提方法降低了成本和计算复杂度，实现电路快速动态响应和消除响应过程中电感电流的直流偏置，同时本发明专利技术所提方法可以适用于硬开关、软开关、单向功率传输、双向功率传输等所有应用场景，同时也适用于单移相调制、三移相调制等所有控制方法。

【技术实现步骤摘要】
一种改善双有源桥动态性能的新型通用四移相调制方法
本专利技术涉及一种改善双有源桥动态性能的新型通用四移相调制策略，涉及到双有源桥直流变换器，属于电力电子

技术介绍
随着电力电子技术的不断发展以及应用场景的多样化，越来越多的应用场景需要实现电能的双向传输。双向隔离DC/DC变换器得到了越来越广泛的应用。双有源桥电路因其控制简单、易于实现软开关、高效率等特点而被广泛应用。图1是传统双有源桥电路拓扑，原副边分别由四个MOSFET组成的全桥结构，每个全桥可以分为两个桥臂，则共有四个桥臂L1-L4，每个桥臂由互补信号驱动的上下管组成。通过一个变压器连接，利用电感进行双向功率传输，该拓扑在中大功率应用场景中被广泛使用。而在一些应用场景中，时常会有传输功率大小和方向变化的情况，传统的移相调制策略主要是通过调节不同桥臂之间的移相角来匹配所需负载变化。然而，伴随移相角的突变，该传统方法由于占空比突变会出现电感的暂态偏置电流。这会导致动态响应速度慢、电流应力增大、增加损耗。同时，该偏置电流也可能会造成电感的饱和，进而导致变换器功能丧失或电路损坏等严重后果。申请号为CN201410678003.0、名词为《一种用于双主动全桥直流变换器的暂态移相控制方法》的中国专利技术专利提出了一种针对单移相控制的消除偏置电流的方法，但在多移相调制策略中无法实现暂态直流偏置抑制能力。申请号为CN202010365209.3、名词为《用于双有源桥直流变换器暂态直流偏置通用移相控制方法》的中国专利技术专利提出了一种针对多移相控制的消除偏置电流的方法，但控制过程较为复杂，同时需要暂态过渡过程影响了响应速度。综上，在基于传统单移相调制策略的双有源桥负载动态变化的过程中，极易产生电感电流的直流偏置，这会严重影响变换器的动态响应和可靠性。现存方案都有一定的局限性。因此，使用更加简单通用的方案来提高系统动态性能具有重要的现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是：使用更加简单通用的方案来提高双有源桥系统动态性能。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是提供了一种改善双有源桥动态性能的新型通用四移相调制方法，所述双有源桥电路拓扑的原边及副边分别为由四个开关管组成的全桥结构，原边全桥结构分为桥臂L1及桥臂L2，副边全桥结构分为桥臂L3及桥臂L4，每个桥臂由互补信号驱动的上开关管及下开关管组成，原边全桥结构与副边全桥结构通过一个变压器连接，利用电感进行双向功率传输，八个开关管的驱动信号在稳态运行时均为占空比为50％的方波，在控制器中通过计数产生周期计数的锯齿形载波产生方波，每个载波产生一个桥臂所需要的一对互补方波，每个载波对应两个比较寄存器并保持半个周期的距离以实现50％占空比，当计数器计数到比较寄存器的值时产生驱动信号的上升或者下降动作，将第n个载波的两个比较寄存器记为CMP(2n-1)和CMP(2n)，其特征在于，所有载波信号保持同步，所述通用四移相调制方法通过改变每个载波中比较寄存器的参数来调节相应的移相角，具体包括以下步骤：步骤1：根据所需传输功率，输入电压V1、输出电压V2以及调制方式计算所需移相角D1、D2、D3，其中：调制方式包括单移相调制、双移相调制、扩展移相调制、三重移相调制；D1Ts为原边的移相角，Ts为计数周期，通过改变比较寄存器CMP1与比较寄存器CMP3之间的距离调节原边的移相角D1Ts；D3Ts为副边的移相角，通过改变比较寄存器CMP5与比较寄存器CMP7之间的距离调节副边的移相角D3Ts；D2Ts为原边与副边之间的移相角，通过改变比较寄存器CMP1与比较寄存器CMP5之间的距离调节原边与副边之间的移相角D2Ts；步骤2：根据所需移相角以及输入电压V1、输出电压V2判断电路工作状态进而计算电感电流过零时刻所对应的α值，其中，α为基于载波的控制变量，αTs是桥臂L1的上开关管驱动信号的下降沿与控制器载波周期计数结束时刻的距离，即为比较寄存器CMP2与控制器载波周期计数结束时刻的距离，看作桥臂L1的驱动信号相对于载波的移相角；步骤3：根据计算出的α值确定第1个载波的比较寄存器CMP1及比较寄存器CMP2的值，并对比较寄存器CMP1及比较寄存器CMP2进行更新；步骤4：根据计算出的移相角D1、D2、D3和第1个载波的比较寄存器的值确定其他载波的比较寄存器的值，即比较寄存器CMP3至比较寄存器CMP8的值，并对比较寄存器CMP3至比较寄存器CMP8进行更新。优选地，步骤1中，若调制方式为单移相调制，则：D1＝D3＝0，D2控制电路传输功率的大小和方向；步骤2中，α值采用下式计算得到：上式中：k代表传输电压比，k＝nV2/V1，n表示变压器的变比；状态一表示双有源桥正向未实现零电压开通；状态二表示双有源桥正向实现零电压开通；状态三表示双有源桥反向未实现零电压开通；状态四表示双有源桥反向实现零电压开通。优选地，双有源桥能否实现零电压开通与移相角D2有关，有：上式中，non-ZVS表示双有源桥未实现零电压开通，ZVS表示双有源桥实现零电压开通。优选地，步骤1中，若调制方式为三重移相调制，则：移相角D1、D2、D3控制电路传输功率的大小和方向；步骤2中，α值采用下式计算得到：上式中：k代表传输电压比，k＝nV2/V1，n表示变压器的变比；buck模式正向功率传输中，不同功率大小的最优移相角分为模态一及模态二，模态一表示轻载状态，模态二表示重载状态。与现有技术方案相比，本专利技术具有如下优点：本专利技术所提出的控制方法是基于传统移相控制方法，仅需测量输入输出电压，不需要添加辅助电路。相对于其他控制方法，本专利技术所提出方法动态响应瞬间完成，不需要过渡过程，也不需要检测电感电流，并且整个控制过程与电感值无关。本专利技术所提方法降低了成本和计算复杂度，实现电路快速动态响应和消除响应过程中电感电流的直流偏置，同时本专利技术所提方法可以适用于硬开关、软开关、单向功率传输、双向功率传输等所有应用场景，同时也适用于单移相调制、三移相调制等所有控制方法。附图说明图1为双有源桥电路拓扑及控制实现框图；图2为方波的产生机理示意；图3展示了本专利技术所提出方法在单移相调制策略下的关键波形；图4展示了本专利技术所提出方法在三重移相调制策略下的关键波形；图5为本专利技术的计算流程示意图；图6为在单移相调制策略下从正向未实现ZVS到正向实现ZVS再回到正向未实现ZVS的切换过程；图7为单移相调制下变换器功率传输方向双向切换的过程；图8为从TPS轻载切换到TPS重载再到SPS再回到TPS重载，TPS轻载的切换过程。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改善双有源桥动态性能的新型通用四移相调制方法，所述双有源桥电路拓扑的原边及副边分别为由四个开关管组成的全桥结构，原边全桥结构分为桥臂L

【技术特征摘要】
1.一种改善双有源桥动态性能的新型通用四移相调制方法，所述双有源桥电路拓扑的原边及副边分别为由四个开关管组成的全桥结构，原边全桥结构分为桥臂L1及桥臂L2，副边全桥结构分为桥臂L3及桥臂L4，每个桥臂由互补信号驱动的上开关管及下开关管组成，原边全桥结构与副边全桥结构通过一个变压器连接，利用电感进行双向功率传输，八个开关管的驱动信号在稳态运行时均为占空比为50％的方波，在控制器中通过计数产生周期计数的锯齿形载波产生方波，每个载波产生一个桥臂所需要的一对互补方波，每个载波对应两个比较寄存器并保持半个周期的距离以实现50％占空比，当计数器计数到比较寄存器的值时产生驱动信号的上升或者下降动作，将第n个载波的两个比较寄存器记为CMP(2n-1)和CMP(2n)，其特征在于，所有载波信号保持同步，所述通用四移相调制方法通过改变每个载波中比较寄存器的参数来调节相应的移相角，具体包括以下步骤：
步骤1：根据所需传输功率，输入电压V1、输出电压V2以及调制方式计算所需移相角D1、D2、D3，其中：调制方式包括单移相调制、双移相调制、扩展移相调制、三重移相调制；D1Ts为原边的移相角，Ts为计数周期，通过改变比较寄存器CMP1与比较寄存器CMP3之间的距离调节原边的移相角D1Ts；D3Ts为副边的移相角，通过改变比较寄存器CMP5与比较寄存器CMP7之间的距离调节副边的移相角D3Ts；D2Ts为原边与副边之间的移相角，通过改变比较寄存器CMP1与比较寄存器CMP5之间的距离调节原边与副边之间的移相角D2Ts；
步骤2：根据所需移相角以及输入电压V1、输出电压V2判断电路工作状态进而计算电感电流过零时刻所对应的α值，其中，α为基于载波的控制变量，αTs是桥臂L1的上开关管驱动信号的下降沿与控制器载波周期计数结束时刻的距离，即为比较寄存器CMP2与控制器载波周期计数结束时刻的距离，看作桥臂L1的驱动...

【专利技术属性】
技术研发人员：束冬冬，王浩宇，
申请(专利权)人：上海科技大学，
类型：发明
国别省市：上海;31