谐振型双有源桥式变换电路的控制方法、控制器及变换器技术

本申请公开了一种谐振型双有源桥式变换电路的控制方法，包括以下步骤：对原边电路直流侧的电压、副边电路直流侧的电压以及副边电流进行采样；利用输入电压和输出电压计算电压增益；利用电压增益计算原边电路在谐振频率下的桥内移相角，以及，开关频率下的桥间移相角与桥内移相角在谐振频率下的相角差；根据副边电流计算谐振型双有源桥式变换电路的开关频率；根据开关频率、谐振频率下的桥内移相角和相角差产生控制信号，控制原边电路和副边电路中开关管的开通与关断。本申请仅用电压增益计算出两个移相角，然后通过频率控制调整电路的输出电流，使电路的控制变得简单，计算量小。本申请还提供一种控制器和一种变换器。申请还提供一种控制器和一种变换器。申请还提供一种控制器和一种变换器。

【技术实现步骤摘要】
谐振型双有源桥式变换电路的控制方法、控制器及变换器


[0001]本专利技术属于电力电子
，特别涉及谐振型双有源桥式变换电路的控制方法、控制器及变换器。

技术介绍

[0002]近年由于电动汽车充电、光伏储能等行业的兴起，DC/DC变换器越来越受到人们的重视。特别是双有源桥式DC/DC变换器，可以通过变压器实现原副边电气隔离，是DC/DC变换器中的研究热点。
[0003]不过，当前DAB（Dual Active Bridge，双有源桥式）变换电路存在一些缺陷，比如电路的电压增益范围小、某些工况下开关器件的软开关失效等。
[0004]为解决上述问题，现有的一种改进方案为在DAB变换电路中加入LC谐振电路，同时对该带谐振网络的DAB变换电路，或采用频率控制，或采用移相控制，或根据输入输出电压大小和功率大小，分成不同的工作区间，每个区间择优使用移相控制或频率控制。采用以上控制的DAB变换电路可以获得更宽的工作范围和/或更高的效率，但是计算量比较大，控制复杂。

技术实现思路

[0005]本申请目的是提供一种谐振型双有源桥式变换电路的控制方法、装置及变换器，解决现有技术中使用变频移相方式调节谐振型双有源桥式变换电路计算量大，控制复杂的问题。
[0006]一种谐振型双有源桥式变换电路的控制方法，所述谐振型双有源桥式变换电路包括原边电路、至少一个副边电路、谐振腔以及变压器，所述原边电路的交流侧通过谐振腔与变压器的原边电性连接，所述谐振腔包括串联的谐振电容和谐振电感，副边电路的交流侧与变压器的副边电性连接，所述方法包括以下步骤：对原边电路直流侧的电压、副边电路直流侧的电压以及副边电流进行采样；根据原边电路直流侧的电压和副边电路直流侧的电压计算电压增益；利用所述电压增益计算所述原边电路在谐振频率下的桥内移相角，以及，开关频率下的桥间移相角与桥内移相角在谐振频率下的相角差；根据所述副边电流计算所述谐振型双有源桥式变换电路的开关频率；根据所述开关频率、谐振频率下的桥内移相角和相角差产生控制信号，控制原边电路和副边电路中开关管的开通与关断。
[0007]进一步的，利用所述电压增益计算谐振频率下所述原边电路的桥内移相角，以及，原边电路和副边电路之间的桥间移相角与桥内移相角在谐振频率下的相角差的步骤包括：获取谐振电感电流和谐振电容电压在时域内的关系式；以原边桥臂中点电压的正值为基准值，对谐振电感电流的关系式和谐振电容电压的关系式的中的电压和电流进行标幺化，获得谐振电感电流与谐振电容电压的关系式；
根据谐振电感电流与谐振电容电压的关系式以及每个正弦半波周期中实时的原边桥臂中点电压和副边桥臂中点电压获得不同时刻的谐振电感电流、谐振电容电压与电压增益之间的函数关系；将所述谐振电感电流与谐振电容电压的关系式以及谐振电感电流、谐振电容电压与电压增益之间的函数关系几何图形化，根据几何关系得到所述谐振频率下的桥内移相角和相角差。
[0008]进一步的，当电压增益小于1时，所述谐振频率下的桥内移相角和相角差为：其中，H3的值由死区时间决定，为已知量，M为电压增益，Mc为谐振电容的电压峰值以原边桥臂中点电压的正值为基准值的标幺值。
[0009]进一步的，当电压增益大于或等于1时，所述谐振频率下的桥内移相角和相角差为：其中，H3的值由死区时间决定，为已知量，M为电压增益，Mc为谐振电容的电压峰值以原边桥臂中点电压的正值为基准值的标幺值。
[0010]进一步的，根据所述开关频率、谐振频率下的桥内移相角和相角差产生控制信号的步骤包括根据所述开关频率以及在谐振频率下的桥内移相角和相角差计算在所述开关频率下的桥内移相角和桥间移相角，在所述开关频率下的桥内移相角和桥间移相角分别为：，其中，为谐振腔的谐振频率，为开关管的开关频率。
[0011]进一步的，所述根据所述副边电流计算所述谐振型双有源桥式变换电路的开关频率的步骤包括：将所述副边电流与所述参考电流进行比较，获得误差放大值，根据所述误差放大值计算所述开关频率。
[0012]进一步的，所述原边电路包括第一桥臂和第二桥臂，第一桥臂中的上开关管与第二桥臂中的下开关管导通信号相差一个桥内移相角，第一桥臂中的下开关管与第二桥臂中的上开关管导通信号相差一个桥内移相角。
[0013]进一步的，所述副边电路包括第三桥臂和第四桥臂，所述第三桥臂中的上开关管和第四桥臂中的下开关管同时开关，所述第三桥臂中的下开关管和第四桥臂中的上开关管同时开关，所述第一桥臂的上开关管与所述第三桥臂的上开关管的导通信号相差一个桥间移相角。
[0014]本申请还提供一种控制器，用于控制谐振型双有源桥式变换电路，所述谐振型双有源桥式变换电路包括原边电路、至少一个副边电路、谐振腔以及变压器，所述原边电路的交流侧通过谐振腔与变压器的原边电性连接，所述谐振腔包括串联的谐振电容和谐振电感，副边电路的交流侧与变压器的副边电性连接，所述控制器包括：采样单元，分别对原边电路直流侧的电压、副边电路直流侧的电压以及副边电流进行采样；电压增益计算单元，根据原边电路直流侧的电压和副边电路直流侧的电压计算电压增益；移相角计算单元，利用电压增益计算谐振频率下的原边电路的桥内移相角，以及，开关频率下的桥间移相角与桥内移相角在谐振频率下的相角差；开关频率计算单元，根据所述副边电流计算所述谐振型双有源桥式变换电路的开关频率；PWM生成单元，根据开关频率和谐振频率下的桥内移相角以及桥间移相角产生控制信号，所述控制信号用于控制原边电路和副边电路中开关管的开通与关断。
[0015]本申请还提供一种变换器，所述变换器包括：谐振型双有源桥式变换电路，所述谐振型双有源桥式变换电路包括原边电路、至少一个副边电路、谐振腔以及原副边分别包括至少一个绕组的变压器，所述原边电路的交流侧通过谐振腔与所述变压器的原边绕组电性连接，所述谐振腔包括串联的谐振电容和谐振电感，所述副边电路与所述变压器的副边绕组一一对应，每个所述副边电路的交流侧与对应的副边绕组电性连接；控制器，所述控制器执行本申请提供的谐振型双有源桥式变换电路的控制方法。
[0016]与现有技术相比，本专利技术谐振型双有源桥式变换电路采用移相控制和频率控制相结合控制方式，采用时域分析法获得谐振电容电压和谐振电感电流的关系式，并将所述谐振电容电压和谐振电感电流的关系几何图形化，根据几何图形获得仅和电压增益相关的谐振频率下的桥内移相角和桥间移相角与桥内移相角之间的相角差，根据谐振频率下的桥内移相角和相角差，计算开关频率下的桥内移相角和桥间移相角，根据桥内移相角、桥间移相角以及计算出的开关频率对变换电路进行控制，使电路中各开关实现ZVS，提高工作效率，同时电压增益的范围广、控制自由度高。本专利技术控制简单，计算量小，高效实用。
[0017]进一步的，提供了一种包括多个副边电路且副边电路的直流侧并联的变换器，可以防止在大功率场合低压侧（副边）开关器件的电流应力过大的问题。
附图说明
[0018]图1为本申请提供的变换器示意图；图2为本申请提供的控制器示意图；图3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种谐振型双有源桥式变换电路的控制方法，所述谐振型双有源桥式变换电路包括原边电路、至少一个副边电路、谐振腔以及变压器，所述原边电路的交流侧通过谐振腔与变压器的原边电性连接，所述谐振腔包括串联的谐振电容和谐振电感，副边电路的交流侧与变压器的副边电性连接，其特征在于，所述方法包括以下步骤：对原边电路直流侧的电压、副边电路直流侧的电压以及副边电流进行采样；根据原边电路直流侧的电压和副边电路直流侧的电压计算电压增益；利用所述电压增益计算所述原边电路在谐振频率下的桥内移相角，以及，开关频率下的桥间移相角与桥内移相角在谐振频率下的相角差；根据所述副边电流计算所述谐振型双有源桥式变换电路的开关频率；根据所述开关频率、谐振频率下的桥内移相角和相角差产生控制信号，控制原边电路和副边电路中开关管的开通与关断。2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，利用所述电压增益计算谐振频率下所述原边电路的桥内移相角，以及，原边电路和副边电路之间的桥间移相角与桥内移相角在谐振频率下的相角差的步骤包括：获取谐振电感电流和谐振电容电压在时域内的关系式；以原边桥臂中点电压的正值为基准值，对谐振电感电流的关系式和谐振电容电压的关系式的中的电压和电流进行标幺化，获得谐振电感电流与谐振电容电压的关系式；根据谐振电感电流与谐振电容电压的关系式以及每个正弦半波周期中实时的原边桥臂中点电压和副边桥臂中点电压获得不同时刻的谐振电感电流、谐振电容电压与电压增益之间的函数关系；将所述谐振电感电流与谐振电容电压的关系式以及谐振电感电流、谐振电容电压与电压增益之间的函数关系几何图形化，根据几何关系得到所述谐振频率下的桥内移相角和相角差。3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，当电压增益小于1时，所述谐振频率下的桥内移相角和相角差为：其中，H3的值由死区时间决定，为已知量，M为电压增益，Mc为谐振电容的电压峰值以原边桥臂中点电压的正值为基准值的标幺值。4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，当电压增益大于或等于1时，所述谐振频率下的桥内移相角和相角差为：
其中，H3的值由死区时间决定，为已知量，M为电压增益，Mc为谐振电容的电压峰值以原边桥臂中点电压的正值为基准值的标幺值。5.根据权利要求3或4所述的控制方法，其特征在于，根据所述开关频率、谐振频率下的桥内移相角和相角差产生控制信号的步骤包括根据所述开关频率以及在谐振频率下的桥内移相角和相角差计算在所述开关频率下的桥内移相角和桥间移...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁炳文，赵一，吴俊雄，廖亚锋，
申请(专利权)人：杭州禾迈电力电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：