基于回流功率优化的双有源桥三重移相控制方法及构造技术

本发明专利技术公开了一种基于回流功率优化的双有源桥三重移相控制方法及构造。回流功率是双有源桥DC

【技术实现步骤摘要】
基于回流功率优化的双有源桥三重移相控制方法及构造


[0001]本专利技术属于电力电子领域，涉及双有源桥DC
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DC变换器，具体涉及一种基于回流功率优化的双有源桥三重移相控制方法及构造。

技术介绍

[0002]双有源桥DC
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DC变换器，是一种双向DC
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DC变换器，不同于利用谐振单元的LLC变换器，由于使用更少的无源器件，也因此有更高的功率密度。适用场合相当广泛，常用于电动汽车、固态变压器、航空航天、直流微网等领域。不仅如此，双有源桥DC
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DC变换器具有动态响应速度快、能量可双向流动，易实现软开关等诸多优点，针对变换器的研究也就具有重要意义。
[0003]在功率传输的过程中，电感电流与原边全桥输出电压存在着相位相反的阶段。在这段时间内，功率传输的方向与总的平均传输功率极性相反，这部分功率会回流到原边电源中，这部分功率即视为回流功率。在传输相同功率的前提下，回流功率的存在意味着在能量正向传输阶段需要传输更多的能量，进而使电路电流应力和环流损耗增大，降低了变换器的效率。回流功率的现象在轻载或输入输出电压不匹配的情况下更加明显。
[0004]双有源桥DC
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DC变换器的常见的移相控制策略有单移相SPS，扩展移相EPS，双重移相DPS以及三重移相TPS。TPS控制下原边内移相比为D1，副边内移相比为D3，原副边外移相比为D2，是移相控制中自由度最高的控制。SPS、EPS和DPS均可视为TPS的特殊情况，因此基于TPS对变换器进行优化则是更全面的。
[0005]中国专利“专利技术人：肖凡，涂春亮，管亮，帅智康，刘贝，兰征。申请号CN201920741155.9的《基于EPS控制的双有源桥变换器》”针对EPS控制下的双有源桥DC
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DC变换器的回流功率进行优化，并对移相比进行重新定义，给出了优化后的移相比取值范围，但并未给出EPS控制下的全局回流功率最优运行轨迹。
[0006]题为“双有源桥DC
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DC变换器的回流功率优化控制”《电源技术》，2020，44(02)：277
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280+294的文章是针对DPS的回流最优控制分析，这篇文章建立了DPS下的回流功率模型，并根据这个模型求得全局的最优解，但其分析的过程没有考虑到开关管的软开关过程，并且其使用的分析方法在大功率段没有得到解析解，因此分析不够全面。
[0007]上述文献的方法虽然针对回流功率进行了一定的优化，但仍存在不足之处，因此在考虑软开关的前提下，基于TPS对变换器的回流功率进行优化是必要的。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是为了解决上述问题，提出的一种基于回流功率优化的双有源桥三重移相控制方法及构造。该构造及方法是基于三重移相控制，将全局范围的回流功率将至最低，并在小功率阶段和中功率阶段，回流功率可以降至0。
[0009]本专利技术采取的技术手段如下：
[0010]一种基于回流功率优化的双有源桥(构造)，双有源桥DC
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DC变换器的拓扑结构包
括原副边两个H桥，谐振电感Lr，高频隔离变压器TF。其匝比为n∶1。原边H桥包括四个开关管Q1～Q4，其体二极管为D1～D4，结电容为Q1～Q4；副边H桥包括四个开关管Q5～Q8，其体二极管为D5～D8，结电容为Q5～Q8。
[0011]当双有源桥DC
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DC变换器处于稳定工作状态时，原副边开关管Q1～Q8的驱动信号S1～S8均为占空比为50％的方波。
[0012]开关管Q1的驱动信号S1与开关管Q2的驱动信号S2互补；开关管Q3的驱动信号S3与开关管Q4的驱动信号S4互补；开关管Q5的驱动信号S5与开关管Q6的驱动信号S6互补；开关管Q7的驱动信号S7与开关管Q8的驱动信号S8互补。
[0013]驱动信号S1与驱动信号S4之间存在移相比D1，驱动信号S1与驱动信号S5之间存在移相比D2，驱动信号S5与驱动信号S8之间存在移相比D3。
[0014]能量正向传输时，移相比D1、D2，D3均大于(或)等于0，小于(或)等于1。
[0015]原边H桥输出交流方波电压VAB，副边H桥输出的交流方波电压等效到原边为nVCD，VAB与nVCD共同作用在谐振电感Lr上，通过改变移相比D1、D2、D3调整VAB与nVCD，进而控制能量传输的大小。
[0016]进一步的，根据移相比的大小关系，(可以)将变换器的工作模态分类以下六类：
[0017]当0≤D1≤D2≤D2+D3≤1时，变换器处于Mode1，该模式下变换器的传输功率范围标幺值为0≤P*≤1；
[0018]当0≤D2≤D1≤D2+D3≤1时，变换器处于Mode2，该模式下变换器的传输功率范围标幺值为0≤P*≤2/3；
[0019]当0≤D2≤D2+D3≤D1≤1时，变换器处于Mode3，该模式下变换器的传输功率范围标幺值为0≤P*≤1/2；
[0020]当0≤D2+D3
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1≤D2≤D1≤1≤D2+D3时，变换器处于Mode4，该模式下变换器的传输功率范围标幺值为0≤P*≤1/2；
[0021]当0≤D2+D3
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1≤D1≤D2≤1≤D2+D3时，变换器处于Mode5，该模式下变换器的传输功率范围标幺值为0≤P*≤2/3；
[0022]当0≤D1≤D2+D3
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1≤D2≤1≤D2+D3时，变换器处于Mode6，该模式下变换器的传输功率范围标幺值为0≤P*≤1/2；
[0023]其中，P*为传输功率标幺值，功率标幺化的基准值P
N
为变换器最大传输功率。
[0024]进一步的，根据回流功率的特性可知，只要不存在VAB*nVCD＞0的区域，就存在不可消除的回流功率。从物理意义上理解，即原边传输的能量要先储存在电感中，然后再通过电感传输给副边，这不仅会造成回流功率的提升，而且会使电感中电流增加，使电流有效值和电流应力显著增加，不利于变换器效率的提升，所以Mode4，Mode5与Mode6不符合设计要求。
[0025]一种基于回流功率优化的双有源桥三重移相控制方法，具体步骤包括：
[0026](1)采集变换器的实际输出功率，将指令功率Pr与实际功率作差，经过比例积分环节，得到实际传输功率标幺值P0；
[0027](2)根据实际传输功率标幺值P0，与原副边电压比k，求得最小回流功率对应的移相比组合；
[0028]具体的，判断P0与和的大小关系：当P0小于时，变换器工作在小功率段；当P0大于且小于时，变换器工作在中功率段；当P0大于时，变换器工作在大功率段。
[0029]当变换器工作在小功率段时，当变换器工作在小功率段时，此时变换器处于Mode2和Mode3的临界点处；
[0030]当变换器工作中功率段时，当变换器工作中功率段时，D3＝0，此时变换器处于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于回流功率优化的双有源桥三重移相控制构造，其特征在于：双有源桥DC
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DC变换器的拓扑结构包括原副边两个H桥，谐振电感Lr，高频隔离变压器TF，其匝比为n:1；原边H桥包括四个开关管Q1～Q4，其体二极管为D1～D4，结电容为Q1～Q4；副边H桥包括四个开关管Q5～Q8，其体二极管为D5～D8，结电容为Q5～Q8。当双有源桥DC
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DC变换器处于稳定工作状态时，原副边开关管Q1～Q8的驱动信号S1～S8均为占空比为50％的方波；开关管Q1的驱动信号S1与开关管Q2的驱动信号S2互补；开关管Q3的驱动信号S3与开关管Q4的驱动信号S4互补；开关管Q5的驱动信号S5与开关管Q6的驱动信号S6互补；开关管Q7的驱动信号S7与开关管Q8的驱动信号S8互补；驱动信号S1与驱动信号S4之间存在移相比D1，驱动信号S1与驱动信号S5之间存在移相比D2，驱动信号S5与驱动信号S8之间存在移相比D3。能量正向传输时，移相比D1、D2，D3均大于或等于0，小于或等于1；原边H桥输出交流方波电压为VAB，副边H桥输出的交流方波电压等效到原边为nVCD，VAB与nVCD共同作用在谐振电感Lr上，通过改变移相比D1、D2、D3调整VAB与nVCD，进而控制能量传输的大小。2.根据权利要求1所述的一种基于回流功率优化的双有源桥三重移相控制构造，其特征在于：双有源桥DC
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DC变换器根据移相比的大小关系，将变换器的工作模态分类以下六类：当0≤D1≤D2≤D2+D3≤1时，变换器处于Mode1，该模式下变换器的传输功率范围标幺值为0≤P*≤1；当0≤D2≤D1≤D2+D3≤1时，变换器处于Mode2，该模式下变换器的传输功率范围标幺值为0≤P*≤2/3；当0≤D2≤D2+D3≤D1≤1时，变换器处于Mode3，该模式下变换器的传输功率范围标幺值为0≤P*≤1/2；当0≤D2+D3
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1≤D2≤D1≤1≤D2+D3时，变换器处于Mode4，该模式下变换器的传输功率范围标幺值为0≤P...

【专利技术属性】
技术研发人员：何立灿，
申请(专利权)人：合肥博鳌电气科技有限公司，
类型：发明
国别省市：