多相输入并联输出并联双有源全桥变换器及均流控制方法技术

本发明专利技术公开了多相输入并联输出并联双有源桥变换器自动均流方法，多相输入并联输出并联双有源桥变换器中的每个子模块由第一开关电路、串联电感、隔离变压器、第二开关电路以及直流端口侧电容组成，通过一种循环扰动参数估算算法来估算各模块的参数不匹配度，一旦估算出各模块的参数，便可以计算出并联系统各子模块满足均流的补偿移相比，从而实现系统均流。本发明专利技术实现多相输入并联输出并联双有源桥变换器的自动均流，使每个子模块功率均衡分配；可用于新能源发电、电动汽车、航空航天、不间断电源、直流配电系统、储能系统等大功率并联开关电源场合，具有方法合理、实现方便、通用性好、体积小、成本低等诸多优点。成本低等诸多优点。成本低等诸多优点。

【技术实现步骤摘要】
多相输入并联输出并联双有源全桥变换器及均流控制方法


[0001]本专利技术涉及属于电力电子级联
，尤其涉及多相输入并联输出并联双有源全桥变换器均流控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，电力电子系统中的变换器正朝着大功率、集成化、低成本、高功率密度以及高效率等方向发展。双有源桥变换器具备功率双向传输、电气隔离、高变比升降压、易于实现软开关控制等诸多优点，并能通过并联组合实现多重模块化方案，已发展成为新能源发电、电动汽车、航空航天、不间断电源、直流配电系统、储能系统等场合的大功率并联开关电源的核心拓扑之一。模块化并联方案可以有效提升功率容量，降低功率管应力，增强系统冗余能力。然而，在实际电路中，各子模块的串联电感等参数无法保证完全一致，会导致各子模块电流不均衡，从而引发部分模块的电流应力过高等严重问题。现有的方案多是采用电流传感器实现各子模块均流。因此，需要大量的电流传感器和采样调理电路，不仅增加了系统的成本和体积，也降低了系统可靠性。除此之外，采用耦合电感来实现个子模块的均流也是一种常用的方法。然而，耦合电感的加入同样增加了系统的体积、重量以及成本。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
的缺陷，本专利技术通过一种循环扰动参数估算算法来估算各模块的参数不匹配度，一旦估算出各模块的参数，便能够计算出并联系统各子模块满足均流的补偿移相比，从而能够实现系统均流。
[0004]本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0005]多相输入并联输出并联双有源全桥变换器，所述多相输入并联输出并联双有源全桥变换器由两个及两个以上的双有源全桥变换器子模块，所述双有源全桥变换器子模块并联构成；
[0006]所述双有源全桥变换器子模块P1，包括第一开关电路S11、第一串联电感L1、第一隔离型变压器T1、第二开关电路S12以及变换器直流端口侧电容C11、C12，所述的第一串联电感L1和第一隔离变压器T1的一次侧绕组串联，所述的第一开关电路S11具有输入端口1
‑
1和输出端口1
‑
2，所述的第二开关电路S12具有输入端口1
‑
3和输出端口1
‑
4。
[0007]多相输入并联输出并联双有源全桥变换器均流控制方法，用于上述中多相输入并联输出并联双有源全桥变换器，包括：
[0008]步骤S1：确定输入并联输出并联双有源全桥变换器均流的实现条件；
[0009]步骤S2：基于开关频率扰动方案估算M
i
/M1值；
[0010]步骤S3：进行开关频率补偿实现输入并联输出并联双有源全桥变换器均流。
[0011]优选的，所述步骤S1具体方法为：
[0012]根据双有源全桥变换器的传输功率表达式推导各子模块输出电流方程：
[0013][0014]其中：I
2i
是第i个子模块的输出电流；P
i
是第i个子模块的传输功率；f
si
是第i个子模块的开关频率；n
i
是第i个子模块的匝数比；L
i
是第i个子模块变压器漏感和辅助电感之和；D
1i
和D
2i
是第i个子模块的内移相角和外移相角；
[0015]对于双有源全桥变换器，由(1)可以看出，各子模块的输出电流表达式中有两个可控变量，包括：D
2i
和f
si
；在各子模块电路参数不匹配时，可以在并联系统共同移相控制的基础上(D
21
＝D
22
…
＝D
2m
)，调整每个子模块的开关频率f
si
来实现并联系统均流；实现均流时，各子模块的移相角和开关频率有以下关系：
[0016][0017]其中，D
21
～D
2m
是第一个子模块至第m个子模块的外移相角并且相等；Δf1～Δf
m
‑1是以第一个子模块开关频率为基准，第二个子模块至第m个子模块开关频率补偿值，从而实现各子模块均流；对于输入并联输出并联双有源全桥变换器，各子模块输入电压、输出电压均相等；当系统实现均流时，各子模块的输出电流需满足：
[0018]I
21
＝I
22
＝
…
I
2m
ꢀꢀꢀ
(3)
[0019]将(2)代入公式(1)，结合(3)可以计算得到：
[0020][0021]其中M1＝n1/L1，M
i
＝n
i
/L
i
，定义M1为第一个子模块的内部参数，M
i
为第i个子模块的内部参数；根据(4)，当知道M
i
/M1的值，则可以计算出各子模块开关频率补偿值Δf1～Δf
m
‑1，然后通过式(2)调整每个子模块的开关频率，便可以实现系统均流；因此，下一步需要估算出M
i
/M1的值。
[0022]优选的，所述步骤S2具体方法为：
[0023]以两个子模块为例，首先由系统输出电压闭环产生一组共同移相角(用D
M
表示)来同时控制两个子模块，两个子模块的外移相角关系为D
21
＝D
22
＝D
M
；然后，将第一个子模块的开关频率减去Δf
s
分量实施扰动，在Δf
s
的扰动下，当系统达到新的稳态后，并联系统的输出电压闭环产生的共同外移相角D
M
将调整为两个子模块的共同外移相角在扰动前有以下关系：
[0024][0025](5)中的Δd为扰动前后，两个子模块的共同外移相角偏移量；将(5)代入(1)，扰动后的两个子模块输出电流分别为I'
21
，I'
22
：
[0026][0027]由(1)，(6)，扰动前后，两个子模块的输出电流的变化可以表示为：
[0028][0029]根据能量守恒定律，扰动前后两个子模块的电流变化之和为0，有：
[0030]ΔI
21
+ΔI
22
＝0
ꢀꢀꢀ
(8)
[0031]结合(6)
‑
(8)，第一个子模块与第二个子模块内参数比M2/M1为：
[0032][0033]其中，Δd在实践中可以由DSP控制器得到，D
M
为扰动前的共同外移相角，通过上式即可估算出M2/M1；
[0034]基于两个子模块参数估计方法，选择第一个子模块作为主模块，其他m
‑
1个子模块作为从模块，通过每次扰动两个子模块，并固定其他子模块的外移相角和开关频率，可以将两个子模快参数估计过程扩展到多个子模块中；通过依次扰动两个子模块，经过m
‑
1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.多相输入并联输出并联双有源全桥变换器，其特征在于，所述多相输入并联输出并联双有源全桥变换器由两个及两个以上的双有源全桥变换器子模块，所述双有源全桥变换器子模块并联构成；所述双有源全桥变换器子模块P1，包括第一开关电路S11、第一串联电感L1、第一隔离型变压器T1、第二开关电路S12以及变换器直流端口侧电容C11、C12，所述的第一串联电感L1和第一隔离变压器T1的一次侧绕组串联，所述的第一开关电路S11具有输入端口1
‑
1和输出端口1
‑
2，所述的第二开关电路S12具有输入端口1
‑
3和输出端口1
‑
4。2.多相输入并联输出并联双有源全桥变换器均流控制方法，用于上述权利要求1中多相输入并联输出并联双有源全桥变换器，其特征在于，包括：步骤S1：确定输入并联输出并联双有源全桥变换器均流的实现条件；步骤S2：基于开关频率扰动方案估算M
i
/M1值；步骤S3：进行开关频率补偿实现输入并联输出并联双有源全桥变换器均流。3.根据权利要求2所述的多相输入并联输出并联双有源全桥变换器均流控制方法，其特征在于，所述步骤S1具体方法为：根据双有源全桥变换器的传输功率表达式推导各子模块输出电流方程：其中：I
2i
是第i个子模块的输出电流；P
i
是第i个子模块的传输功率；f
si
是第i个子模块的开关频率；n
i
是第i个子模块的匝数比；L
i
是第i个子模块变压器漏感和辅助电感之和；D
1i
和D
2i
是第i个子模块的内移相角和外移相角；对于双有源全桥变换器，由(1)可以看出，各子模块的输出电流表达式中有两个可控变量，包括：D
2i
和f
si
；在各子模块电路参数不匹配时，可以在并联系统共同移相控制的基础上(D
21
＝D
22
…
＝D
2m
)，调整每个子模块的开关频率f
si
来实现并联系统均流；实现均流时，各子模块的移相角和开关频率有以下关系：其中，D
21
～D
2m
是第一个子模块至第m个子模块的外移相角并且相等；Δf1～Δf
m
‑1是以第一个子模块开关频率为基准，第二个子模块至第m个子模块开关频率补偿值，从而实现各子模块均流；对于输入并联输出并联双有源全桥变换器，各子模块输入电压、输出电压均相等；当系统实现均流时，各子模块的输出电流需满足：I
21
＝I
22
＝
…
I
2m
ꢀꢀꢀꢀ
(3)将(2)代入公式(1)，结合(3)可以计算得到：
...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙志峰，伍群芳，王勤，肖岚，李金波，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：