一种混合桥谐振变换器、调制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种混合桥谐振变换器、调制方法及系统，在双有源桥谐振变换器的基础上增加了辅助半桥电路。基于此混合桥谐振变换器，提出了一种五电平调制策略，调制策略包括+Vin、+1/2Vin、0、

【技术实现步骤摘要】
一种混合桥谐振变换器、调制方法及系统


[0001]本专利技术涉及谐振双有源桥变换器的调制
，具体的涉及一种混合桥谐振变换器、调制方法及系统。

技术介绍

[0002]在新能源电动汽车领域中，车载充电机OBC(On
‑
Board
‑
Charger)是核心部件之一。它由功率因数校正电路(Power Factor Correction，PFC)整流器和隔离双向DC
‑
DC变换器构成。由于输出电压和电流的调节主要由DC
‑
DC变换器调节，所以电动汽车充电机中的DC
‑
DC变换器需要具有宽电压范围能力。然而，现有的DC
‑
DC变换器不能满足OBC日益提高的性能需求，存在电压范围较小、电流应力较大等一系列问题。
[0003]对于传统双有源桥变换器(Dual Active Bridge，DAB)，当电压增益偏离1的情况时，使用传统的单移相调制(Single Phase Shift，SPS)在轻载时会出现失去软开关，环流增大，变压器饱和等问题，导致变换器效率下降。近年来，为解决这一问题，许多学者分别提出了双重移相(Dual Phase Shift，DPS)、拓展移相(Extended Phase Shift，EPS)、三重移相(Triple Phase Shift，TPS)等调制策略对双有源桥变换器进行效率优化，但是这些调制策略最多只有三个自由度，灵活性较差，且无法满足宽电压范围下的零电压开关(ZVS)，且电压应力较高，影响了变换器的效率。因此，迫切需要一个新的调制策略来实现这些需求。
[0004]申请号202110246019.4公开了九开关管五电平有源中性点钳位双有源桥隔离DC
‑
DC变换器，在传统5L
‑
ANPC基础上在飞跨电容支路上串联第九个开关管得到。飞跨电容电压平衡控制单元通过驱动波形发生器控制每个桥臂电路中各开关管开关以控制该桥臂电路输出零电平和非零电平状态，其中零电平状态保证九个开关管在每相邻两个1/2开关周期切换的死区时间内避免均处于关断状态。该变换器结构复杂，调制策略最多只有三个自由度，灵活性较差，且无法满足宽电压范围下的ZVS，且电压应力较高，影响了变换器的效率。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种混合桥谐振变换器、调制方法及系统，可以扩展电压范围、实现所有开关管ZVS、减少耗能并提高整体效率。
[0006]实现本专利技术目的的技术解决方案为：
[0007]一种混合桥谐振变换器，包括变压器以及分别连接在所述变压器两侧的一次侧有源桥电路和二次侧有源桥电路，所述一次侧有源桥电路设置有辅助半桥，所述辅助半桥包括第七开关管和第八开关管，所述第七开关管和第八开关管的源极相连，所述第七开关管的漏极连接均压电容的中间连接点，所述第八开关管的漏极连接一次侧有源桥电路的负电压中点。
[0008]本专利技术还公开了一种混合桥谐振变换器的调制方法，采用上述的混合桥谐振变换器，调制方法包括以下步骤：
[0009]S01：调节一次侧有源桥电路开关管和辅助半桥开关管的脉冲宽度，产生一次侧中
点交流电压v
AB
的波形；调节二次侧有源桥电路开关管的脉冲宽度，产生二次侧中点交流电压v
CD
的波形；
[0010]S02：计算得到归一化输出功率P
5,pu
：
[0011][0012]其中，M为电压增益，F为归一化开关频率，Q是归一化质量因数，δ、α为一次侧开关管移相角，为二次侧开关管移相角；
[0013]S03：通过调节α与δ的关系，产生四种不同的模式，即全桥模式、四电平模式、半桥模式和三电平模式；
[0014]全桥模式是当电压增益M＝1时，α＝δ＝π，此时一次侧中点电压v
AB
为方波；
[0015]四电平模式是当电压增益0.5＜M＜1时，δ＝π，此时一次侧中点电压v
AB
有+V
in
、+1/2V
in
、
‑
1/2V
in
、
‑
V
in
四种不同电压等级；
[0016]半桥模式是当电压增益M＝0.5时，α＝0,δ＝π，此时一次侧中点电压v
AB
是具有1/2V
in
幅值的方波；
[0017]三电平模式是当电压增益0＜M＜0.5时，α＝0，此时一次侧中点电压v
AB
有+1/2V
in
、0、
‑
1/2V
in
三种不同电压等级；
[0018]S04：在三电平模式和四电平模式下采用最小电流路径方法优化控制变量，得到最小电流应力。
[0019]优选的技术方案中，所述一次侧有源桥电路包括第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3和第四开关管S4，所述调节一次侧有源桥电路开关管和辅助半桥开关管的脉冲宽度的方法包括：使开关管S1和S2具有50％占空比，开关管S3的脉冲宽度从δ到π+α，第八开关管S
3a
的脉冲宽度从π+α到2π+δ，开关管S4的脉冲宽度从π+δ到2π+α，第七开关管S
4a
的脉冲宽度从α到π+δ。
[0020]优选的技术方案中，所述二次侧有源桥电路包括第五开关管S5和第六开关管S6，所述调节二次侧有源桥电路开关管的脉冲宽度的方法包括：使开关管S5和S6具有50％占空比，且开关管S5滞后开关管S1角度
[0021]优选的技术方案中，所述步骤S02中计算归一化输出功率P
5,pu
的方法包括：
[0022]S21：根据变压器的匝数比n得出变换器的电压增益M：
[0023][0024]其中，V
in
和V
out
分别是输入电压和输出电压；
[0025]S22：根据归一化开关频率F＝ω
s
/ω
N
、开关角频率ω
s
、归一化质量因数Q＝ω
N
L
s
/Z
N
得到电容器的归一化阻抗：
[0026][0027]其中，ω
N
为基值角频率，具体为L
s
为谐振电感，C
s
为谐振电容，Z
N
是
基值阻抗，具体为R
L
为负载电阻；
[0028]S23：利用等效电路，得到归一化谐振电流：
[0029]i
L,N
＝I
p
cos(ω
s
t+φ
i
)
[0030]其中，φ
i
为相角，I
p
为峰值电流；
[0031]S24：根据归一化谐振电流，计算得到归本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合桥谐振变换器，包括变压器以及分别连接在所述变压器两侧的一次侧有源桥电路和二次侧有源桥电路，其特征在于，所述一次侧有源桥电路设置有辅助半桥，所述辅助半桥包括第七开关管和第八开关管，所述第七开关管和第八开关管的源极相连，所述第七开关管的漏极连接均压电容的中间连接点，所述第八开关管的漏极连接一次侧有源桥电路的负电压中点。2.一种混合桥谐振变换器的调制方法，其特征在于，采用权利要求1所述的混合桥谐振变换器，调制方法包括以下步骤：S01：调节一次侧有源桥电路开关管和辅助半桥开关管的脉冲宽度，产生一次侧中点交流电压v
AB
的波形；调节二次侧有源桥电路开关管的脉冲宽度，产生二次侧中点交流电压v
CD
的波形；S02：计算得到归一化输出功率P
5,pu
：其中，M为电压增益，F为归一化开关频率，Q是归一化质量因数，δ、α为一次侧开关管移相角，为二次侧开关管移相角；S03：通过调节α与δ的关系，产生四种不同的模式，即全桥模式、四电平模式、半桥模式和三电平模式；全桥模式是当电压增益M＝1时，α＝δ＝π，此时一次侧中点电压v
AB
为方波；四电平模式是当电压增益0.5＜M＜1时，δ＝π，此时一次侧中点电压v
AB
有+V
in
、+1/2V
in
、
‑
1/2V
in
、
‑
V
in
四种不同电压等级；半桥模式是当电压增益M＝0.5时，α＝0,δ＝π，此时一次侧中点电压v
AB
是具有1/2V
in
幅值的方波；三电平模式是当电压增益0＜M＜0.5时，α＝0，此时一次侧中点电压v
AB
有+1/2V
in
、0、
‑
1/2V
in
三种不同电压等级；S04：在三电平模式和四电平模式下采用最小电流路径方法优化控制变量，得到最小电流应力。3.根据权利要求2所述的混合桥谐振变换器的调制方法，其特征在于，所述一次侧有源桥电路包括第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3和第四开关管S4，所述调节一次侧有源桥电路开关管和辅助半桥开关管的脉冲宽度的方法包括：使开关管S1和S2具有50％占空比，开关管S3的脉冲宽度从δ到π+α，第八开关管S
3a
的脉冲宽度从π+α到2π+δ，开关管S4的脉冲宽度从π+δ到2π+α，第七开关管S
4a
的脉冲宽度从α到π+δ。4.根据权利要求3所述的混合桥谐振变换器的调制方法，其特征在于，所述二次侧有源桥电路包括第五开关管S5和第六开关管S6，所述调节二次侧有源桥电路开关管的脉冲宽度的方法包括：使开关管S5和S6具有50％占空比，且开关管S5滞后开关管S1角度5.根据权利要求1所述的混合桥谐振变换器的调制方法，其特征在于，所述步骤S02中计算归一化输出功率P
5,pu
的方法包括：S21：根据变压器的匝数比n得出变换器的电压增益M：
其中，V
in
和V
out
分别是输入电压和输出电压；S22：根据归一化开关频率F＝ω
s
/ω
N
、开关角频率ω
s
、归一化质量因数Q＝ω
N
L
s
/Z
N
得到电容器的归一化阻抗：其中，ω
N
为基值角频率，具体为L
s
为谐振电感，C
s
为谐振电容，Z
N
是基值阻抗，具体为R
L
为负载电阻；S23：利用等效电路，得到归一化谐振电流：i
L,N
＝I
p
cos(ω
s
t+φ
i
)其中，φ
i
为相角，I
p
为峰值电流；S24：根据归一化谐振电流，计算得到归一化输出功率。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡松，汪锐，朱培逸，黄贤明，王彬，
申请(专利权)人：常熟理工学院，
类型：发明
国别省市：