一种混合三电平双有源桥扩展移相优化调制方法技术

本发明专利技术公开了一种混合三电平双有源桥扩展移相优化调制方法，具体为：根据给定的输出电压和输出功率需求，计算出实时传输功率P

【技术实现步骤摘要】
一种混合三电平双有源桥扩展移相优化调制方法


[0001]本专利技术属于变换器控制
，尤其涉及一种混合三电平双有源桥扩展移相优化调制方法。

技术介绍

[0002]二极管钳位混合三电平双有源桥变换器(Neutral Point Clamped Hybrid Three
‑
level dual active bridge，NPCH3L
‑
DAB)如图1所示，由8个开关管(S1‑
S8)和4个二极管(D1‑
D4)组成的原边全桥、4个开关管(Q1‑
Q4)组成的副边全桥、三个稳压滤波电容(C1、C2和C3)、高频变压器T以及漏感等效电感L组成。输入侧直流电压源为V1，输出侧直流电压源为V2，变压器变比为n:1，C1和C2的容值相同。二极管钳位混合三电平双有源桥变换器(Neutral Point Clamped Hybrid Three
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level dual active bridge，NPCH3L
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DAB)如图1所示，由8个开关管(S1‑
S8)和4个二极管(D1‑
D4)组成的原边全桥、4个开关管(Q1‑
Q4)组成的副边全桥、三个稳压滤波电容(C1、C2和C3)、高频变压器T以及漏感等效电感L组成。输入侧直流电压源为V1，输出侧直流电压源为V2，变压器变比为n:1，C1和C2的容值相同。
[0003]混合三电平双有源桥变换器最简单也是最传统的控制策略为单移相控制(Single Phase Shift,SPS)，它是通过控制变换器原副边移相角来控制传输功率的方向和大小，但只有一个控制自由度，将单移相控制用于二极管钳位混合三电平双有源桥变换器，SPS控制在重载时可以实现零电压开关，在M＝nV2/V1＝1和M＝0.5时可以实现全范围的零电压开关，但当变压器两侧电压不匹配时，在M不等于1和M不等于0.5时，轻载时会失去ZVS特性，而且存在电流应力大，回流功率大，变换器效率低等缺点。
[0004]比如，在文献[1]中，混合三电平双有源桥变换器使用单移相调制策略，其工作模态与两电平DAB类似，并没有体现三电平拓扑在调制策略上更加灵活的特点。在文献[2,3]中，在DAB的原边引入了三电平NPC型桥臂构成三电平全桥变换器，如图1所示，其两个桥臂均为NPC型拓扑，适合于大功率高压场合，但其开关管较多，控制复杂。
[0005]为解决上述问题，引入由NPC桥臂和一个半桥桥臂组成的混合三电平双有源桥变换器，将扩展移相优化调制方法运用于该变换器，在传统的单移相控制基础上，通过增加变压器单侧H桥内对角开关管的移相来对变换器进行调节，这不仅增加了系统的控制自由度，而且还减小了变换器的电流应力、回流功率，提升了系统效率。
[0006]由于二极管钳位混合三电平双有源桥变换器原边为三电平全桥，其两个桥臂均为NPC型拓扑，由八个开关管，四个二极管构成，相比于传统两电平DAB变换器，其高压侧桥臂的开关管数量增加了一倍，这使得在相同输入电压下开关管的电压应力减小了一半，有更多型号的开关管可供选择，相对减小了变换器的成本，但其器件数量最多，控制起来十分复杂。因此，在上述二极管钳位混合三电平双有源桥基础上，减少两个开关管和两个二极管，形成混合三电平双有源桥变换器，其拓扑包含一个NPC桥臂和一个半桥桥臂，如图2所示，与全桥变换器输出的电平数相等，不改变变换器的输入输出特性，但开关器件减少了4个，降低了开关损耗，控制更加简单，适合于宽电压范围场景。
[0007]同时，采用SPS控制混合三电平双有源桥变换器，该方法针对1个控制变量提出控制策略，不能充分利用拓扑优势，得到的控制策略不是最优解，且在M不等于1和M不等于0.5时，轻载时控制效果较差，无法实现效率的最优化。
[0008]参考文献：
[0009][1]Jing Penghui,Wang Cong,Jiang Wei,et al.Performance Analysis of Isolated Three
‑
level Half bridge Bidirectional DC/DC Converter.in:7th International Power Electronics Motion Control Conference,2012,1527
‑
1531.
[0010][2]Moonem M.A.,Krishnaswami H.Analysis and Control of Multi
‑
level Dual Active Bridge DC
‑
DC Converter.in:IEEE Energy Conversion Congress Exposition(ECCE),2012,1556
‑
1561.
[0011][3]Ortiz Gabriel,Uemura Hirofumi,Bortis Dominik,et al.Modeling of Soft
‑
Switching Losses of IGBTs in High
‑
Power High
‑
Efficiency Dual
‑
Active
‑
Bridge DC/DC Converters.IEEE Transactions on Electron Devices,2013,60(2):587
‑
597.

技术实现思路

[0012]本专利技术以混合三电平双有源桥电感电流应力为优化目标，提供一种混合三电平双有源桥扩展移相优化调制方法。
[0013]本专利技术的一种混合三电平双有源桥扩展移相优化调制方法，设开关管S1S2S5导通时间段为D
p0
倍开关周期T
s
，开关管S1S2S6导通时间段为D
p1
倍开关周期T
s
；开关管S1和Q1开通起始时间之差为D
ss
倍开关周期T
s
；即D
ss
表示原副边之间的相对相移，D
p0
和D
p1
分别表示原边全桥0电平和
±
V1电平的占空比；副边v
s
高电平nV2或低电平
‑
nV2在一个开关周期的持续时间为1/2T
s
；通过控制原边和副边桥臂的移相即D
ss
来控制功率流向，当D
ss
的范围是0～1时，功率从输入侧向输出侧传输；当D
ss
在
‑
1～0时，功率从输出侧向输入侧传输。
[0014]规定基准电流I
b
和基准功率P
b
为：
[0015][0016]其中，V1为输入电压，f
s
为开本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合三电平双有源桥扩展移相优化调制方法，其特征在于，设开关管S1S2S5导通时间段为D
p0
倍开关周期T
s
，开关管S1S2S6导通时间段为D
p1
倍开关周期T
s
；开关管S1和Q1开通起始时间之差为D
ss
倍开关周期T
s
；即D
ss
表示原副边之间的相对相移，D
p0
和D
p1
分别表示原边全桥0电平和
±
V1电平的占空比；副边v
s
高电平nV2或低电平
‑
nV2在一个开关周期的持续时间为1/2T
s
；通过控制原边和副边桥臂的移相即D
ss
来控制功率流向，当D
ss
的范围是0～1时，功率从输入侧向输出侧传输；当D
ss
在
‑
1～0时，功率从输出侧向输入侧传输；规定基准电流I
b
和基准功率P
b
为：其中，V1为输入电压，f
s
为开关频率，L为辅助电感；计算电压转换比M为：其中，n为变压器变比，V2为输出电压；对轻载模式和重载模式进行时域分析，求得电...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨平，彭晨光，王弥新，刘凡，刘令，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：