一种混合型双有源桥DC-DC变换器、控制方法及控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种混合型双有源桥DC

【技术实现步骤摘要】
一种混合型双有源桥DC
‑
DC变换器、控制方法及控制系统


[0001]本专利技术属于电力电子
，更具体地，涉及一种混合型双有源桥DC
‑
DC变换器、控制方法及控制系统。

技术介绍

[0002]进入21世纪，能源问题正成为社会发展面临的一个重要挑战，传统化石能源面临枯竭且对环境造成很大的污染。在这样的背景下，新能源产业得到大力的发展。在UPS(Uninterruptible Power Supply)不间断电源、分布式储能、太阳能发电和电动汽车充电等领域DC
‑
DC变换器是其中能量调节的核心单元。太阳能发电、风力发电、水利发电和燃料电池供电等，它们都具有输出电压宽的特点。对电池进行充电或者放电的DC
‑
DC变换器要求能在宽电压范围内对直流电压进行高效的电力变换。
[0003]DAB变换器以其功率可以双向流动、高功率密度、可以工作在Buck模式和Boost模式、无源器件少、控制简单、变压器漏感可用作功率传输、ZVS等优势适合应用在双向DC
‑
DC的场合。但是传统的DAB变换器仅仅只能在电压匹配的情况下才可以实现全负载范围的ZVS和低回流功率，在面临宽电压输入的场合，会引起回流功率的急剧增加、ZVS的丢失、电压极性的反转等问题，这将导致变换器效率降低和热失控的后果。

技术实现思路

[0004]针对相关技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供了一种混合型双有源桥DC
‑
DC变换器、控制方法及控制系统，旨在解决宽电压输入时，变换器存在的引起回流功率的急剧增加、ZVS的丢失、变换器效率降低和热失控等问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种混合型双有源桥DC
‑
DC变换器，包括：辅助半桥、电流馈型DAB变换器；
[0006]所述辅助半桥包括第一半桥和辅助电感L1；第一半桥两端作为输入端连接输入电源，且所述第一半桥两端并联电容C1；所述第一半桥的中点与辅助电感L1的第一端连接；
[0007]所述电流馈型DAB变换器包括第一全桥、第二全桥、高频链路；所述第二全桥的两端作为输出端，且并联输出滤波电容C
o
；
[0008]所述第一全桥的两端并联支撑电容C
m
，所述辅助电感L1的第二端与所述第一全桥的第二半桥的中点连接；所述高频链路包括中间电感L2和变压器T，所述第一全桥的第二半桥的中点还与所述中间电感L2连接后再与所述变压器T的第一绕组n1的同名端连接，所述第一全桥的第三半桥的中点与所述变压器T的第一绕组n1的非同名端连接；
[0009]所述第二全桥的第四半桥的中点与所述变压器T的第二绕组n2的同名端连接，所述第二全桥的第五半桥的中点与所述变压器T的第二绕组n2的非同名端连接。
[0010]可选的，所述第一半桥包括第一开关管Q1和第二开关管Q2，所述第一开关管Q1的源极和所述第二开关管Q2的漏极连接，输入电源的正极与所述第一开关管Q1的漏极连接，负极与所述第二开关管Q2的源极连接；
[0011]所述第一全桥包括第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5和第六开关管Q6；所述第三开关管Q3的源极和所述第四开关管Q4的漏极连接组成第二半桥，所述支撑电容C
m
并联所述第二半桥两端，所述第二半桥的桥臂中点与辅助电感L1的第二端连接，所述第二半桥的桥臂中点还与所述中间电感L2连接后再与所述变压器T的第一绕组n1的同名端连接；所述第五开关管Q5的源极和所述第六开关管Q6的漏极连接组成第三半桥，第三半桥的桥臂中点与所述变压器T的第一绕组n1的非同名端连接；
[0012]所述第二开关管Q2的源极、所述第四开关管Q4的源极和所述第六开关管Q6的源极连接，所述第三开关管Q3的漏极和所述第五开关管Q5的漏极连接。
[0013]可选的，所述第二全桥包括第七开关管Q7、第八开关管Q8、第九开关管Q9、第十开关管Q
10
；
[0014]所述第七开关管Q7的源极和所述第八开关管Q8的漏极连接组成第四半桥，所述第九开关管Q9的源极和所述第十开关管Q
10
的漏极连接组成第五半桥；所述第四半桥的桥臂中点与所述变压器T的第二绕组n2的同名端连接，所述第五半桥的桥臂中点与所述变压器T的第二绕组n2的非同名端连接；所述第七开关管Q7的漏极和所述第九开关管Q9的漏极连接，所述第八开关管Q8的源极和所述第十开关管Q
10
的源极连接。
[0015]第二方面，本专利技术还提供了一种混合型双有源桥DC
‑
DC变换器的控制方法，应用于如第一方面中任一所述的混合型双有源桥DC
‑
DC变换器，包括：
[0016]根据所述混合型双有源桥DC
‑
DC变换器的输入电压V
in
和目标输出功率P
o
确定其运行第一半桥调节模式FRM或运行第二半桥调节模式SRM；
[0017]当运行FRM时，采用电压匹配控制，将第一全桥的占空比d3固定为0.5，通过调节所述辅助半桥中第一开关管Q1的占空比d1来调节变换器的增益；
[0018]当运行SRM时，采用扩展增益控制EG，并判断当前变换器处于Buck状态或者Boost状态，将所述辅助半桥中第一开关管Q1的占空比d1固定为d
min
或者d
max
，通过调节所述第一全桥的第三开关管Q3的占空比d3来调节变换器的增益。
[0019]可选的，所述根据所述混合型双有源桥DC
‑
DC变换器的输入电压V
in
和目标输出功率P
o
确定其运行第一半桥调节模式FRM或运行第二半桥调节模式SRM，包括：
[0020]当标幺化输入电压范围为0.625
‑
2时，所述混合型双有源桥DC
‑
DC变换器运行第一半桥调节模式FRM；
[0021]当标幺化输入电压范围超出0.625
‑
2的范围时，所述混合型双有源桥DC
‑
DC变换器运行第二半桥调节模式SRM。
[0022]可选的，所述通过调节所述辅助半桥中第一开关管Q1的占空比d1来调节变换器的增益，包括：
[0023]通过调节所述辅助半桥中第一开关管Q1的占空比d1来调节撑电容C
m
两端的支撑电压V
m
，使得所述支撑电压V
m
和输出滤波电容C
o
两端的输出电压V
o
匹配，即满足：V
m
/V
o
＝n1/n2，其中，n1为第一绕组匝数，n2为第二绕组匝数。
[0024]可选的，所述通过调节所述第一全桥的第三开关管Q3的占空比d3来调节变换器的增益，包括：
[0025]根据实测辅助电感L1的续本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合型双有源桥DC
‑
DC变换器，其特征在于，包括：辅助半桥、电流馈型DAB变换器；所述辅助半桥包括第一半桥和辅助电感L1；第一半桥两端作为输入端，连接输入电源，且所述第一半桥两端并联电容C1；所述第一半桥的中点与辅助电感L1的第一端连接；所述电流馈型DAB变换器包括第一全桥、第二全桥、高频链路；所述第二全桥的两端作为输出端，且并联输出滤波电容C
o
；所述第一全桥的两端并联支撑电容C
m
，所述辅助电感L1的第二端与所述第一全桥的第二半桥的中点连接；所述高频链路包括中间电感L2和变压器T，所述第一全桥的第二半桥的中点还与所述中间电感L2连接后再与所述变压器T的第一绕组n1的同名端连接，所述第一全桥的第三半桥的中点与所述变压器T的第一绕组n1的非同名端连接；所述第二全桥的第四半桥的中点与所述变压器T的第二绕组n2的同名端连接，所述第二全桥的第五半桥的中点与所述变压器T的第二绕组n2的非同名端连接。2.如权利要求1所述的混合型双有源桥DC
‑
DC变换器，其特征在于，所述第一半桥包括第一开关管Q1和第二开关管Q2，所述第一开关管Q1的源极和所述第二开关管Q2的漏极连接，输入电源的正极与所述第一开关管Q1的漏极连接，负极与所述第二开关管Q2的源极连接；所述第一全桥包括第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5和第六开关管Q6；所述第三开关管Q3的源极和所述第四开关管Q4的漏极连接组成第二半桥，所述支撑电容C
m
并联所述第二半桥两端，所述第二半桥的桥臂中点与辅助电感L1的第二端连接，所述第二半桥的桥臂中点还与所述中间电感L2连接后再与所述变压器T的第一绕组n1的同名端连接；所述第五开关管Q5的源极和所述第六开关管Q6的漏极连接组成第三半桥，第三半桥的桥臂中点与所述变压器T的第一绕组n1的非同名端连接；所述第二开关管Q2的源极、所述第四开关管Q4的源极和所述第六开关管Q6的源极连接，所述第三开关管Q3的漏极和所述第五开关管Q5的漏极连接。3.如权利要求2所述的混合型双有源桥DC
‑
DC变换器，其特征在于，所述第二全桥包括第七开关管Q7、第八开关管Q8、第九开关管Q9、第十开关管Q
10
；所述第七开关管Q7的源极和所述第八开关管Q8的漏极连接组成第四半桥，所述第九开关管Q9的源极和所述第十开关管Q
10
的漏极连接组成第五半桥；所述第四半桥的桥臂中点与所述变压器T的第二绕组n2的同名端连接，所述第五半桥的桥臂中点与所述变压器T的第二绕组n2的非同名端连接；所述第七开关管Q7的漏极和所述第九开关管Q9的漏极连接，所述第八开关管Q8的源极和所述第十开关管Q
10
的源极连接。4.一种混合型双有源桥DC
‑
DC变换器的控制方法，应用于如权利要求1
‑
3任一所述的混合型双有源桥DC
‑
DC变换器，其特征在于，包括：根据所述混合型双有源桥DC
‑
DC变换器的输入电压V
in
和目标输出功率P
o
确定其运行第一半桥调节模式FRM或运行第二半桥调节模式SRM；当运行FRM时，采用电压匹配控制，将第一全桥的占空比d3固定为0.5，通过调节所述辅助半桥中第一开关管Q1的占空比d1来调节变换器的增益；当运行SRM时，采用扩展增益控制EG，并判断当前变换器处于Buck状态或者Boost状态，将所述辅助半桥中第一开关管Q1的占空比d1固定为d
min
或者d
max
，通过调节所述第一全桥的第三开关管Q3的占空比d3来调节变换器的增益。
5.如权利要求4所述的混合型双有源桥DC
‑
DC变换器的控制方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘才丰，邹旭东，张燚，刘爽，朱东海，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：