[发明专利]一种基于高频交流升降压原理的DAB-BDC调制方法

权利要求书

1.一种基于高频交流升降压原理的DAB-BDC调制方法，DAB-BDC中输入、输出电压为U_in、U_o，则缓冲电感两侧电压为

uL=AUin-BUon---(1)]]>

式中，A、B分别为电感两侧电位的状态，n为变压器变比；

其特征在于，DAB-BDC的控制策略如下：

高频正、负周期对称，每半个周期包含4个模态，4个模态的调制比分别为d₁、d₂、d₃、d₄；正半周期中，4个模态下A的值分别为1、1、0、0，B的值分别为0、1、1、0；负半周期中，4个模态下A的值分别为-1、-1、0、0，B的值分别为0、-1、-1、0；

根据输入电压、输出电压以及输出功率的情况，半个开关周期中可能不包含上述所有4个模态。

令T_s为开关周期，y₁、y₂分别为第一模态结束时刻和第二模态结束时刻缓冲电感电流i_L的值；根据作用于缓冲电感上的时间和电压，确定

y1=Uind1TS2L---(2)]]>

y2=nUinTSd1+(nUin-Uo)TSd22nL---(3)]]>

式中，L为缓冲电感的感值，根据电感电流上升量和下降量相等，得到

d3=nUind1+(nUin-Uo)d2Uo---(4)]]>

变压器原边电流i_L，仅有第二模态和第三模态时间段的电流能流到负载侧，这两个模态的电流经变压器折算后的平均值等于负载电流，得

d22(nUin-Uo)+d2(2nd1Uin+nd3Uin-d3Uo)+nd1d3Uin-4n2LIo/TS=0---(5)]]>

将(4)代入(5)，得

d22(nUin(nUin-Uo))+d2(2n2Uin2d1)+n2Uin2d12-4n2LUoIo/TS=0---(6)]]>

解得

d2=x2d1+x3d12+x4x1---(7)]]>

d₃＝x₅d₁+x₆d₂(8)

其中

x1=Uin(nUin-Uo);x2=-nUin2;x3=nUin3Uo;]]>

x4=4nUinUoLIo(nUin-Uo)TS;x5=nUinUo;x6=(nUin-Uo)Uo]]>

仅在第二模态与第三模态时，电感电流i_L才能流到负载侧。因此，如果d₂+d₃的值较大，则相同负载电流的情况下，电流就较平滑，开关器件承受的电流有效值也较小；令y＝d₂+d₃，则求y取得最大值时的d₁、d₂、d₃的值，因此下面就要求y的最大值；将(7)、(8)代入y的表达式，得

y=x5d1+(1+x6)x2d1+x3d12+x4x1---(9)]]>

对(9)求d₁的导数，得

dyd(d1)=x5+x2(1+x6)x1+x3(1+x6)d1x1x3d12+x4=x2x1+x3(1+x6)d1x1x3d12+x4---(10)]]>

令(10)式等于0，得到一段区间内y取得极值时，d₁的对应的值为d_1y

d1y=x4x22(x3+x3x6)2-x3x22---(11)]]>

根据nU_in与U_o的关系，以及所求解的大小，有三种情况

I.nU_in≥U_o

此时，除x₂<0外，x₁、x₃～x₆都大于零，因此式(7)中根号里面的量自动大于零，而要保证d₂大于零，d₁必须满足

d1x1=0≤d1≤x4(x22-x3)=d1z1---(12)]]>

将d_1x1、d_1y、d_1z1代入式(9)，取其最大值对应的量为d₁的值，再分别根据(7)、(8)求得d₂、d₃的值。

II.nU_in＜U_o

此时，除x₁、x₂、x₄、x₆都小于0，x₃、x₅大于零，因此除要保证d₂大于零外，还要保证式(7)中根号里面的量大于零，必须满足

d1x2=-x4x3≤d1≤-x4(x3-x22)=d1z2---(13)]]>

将d_1x2、d_1y、d_1z2代入式(9)，取其最大值对应的量为d₁的值，再分别根据(7)、(8)求得d₂、d₃的值。

还有一种可能，当代入数据计算得到d₁+d₂+d₃>1时，说明需要变开关频率才能实现，为实现恒频，必须将d₁+d₂+d₃的值限制在1，并将该限制作为求解d₁的条件；

III.d₁+d₂+d₃＝1

此时

d₃＝1-d₁-d₂(14)

在此情况下，式(4)仍满足，将(4)代入(14)，得

d2=Uo-(nUin+Uo)d1nUin---(15)]]>

要保证d₂>0，则满足

d1≤UonUin+Uo---(16)]]>

此情况下，式(6)的关系仍满足，将(15)代入(6)，得

(n2Uin2+nUin|uG|+Uo2)d12-2Uo2d1+Uo2-nUinUo2+4n3UinLi*TS=0---(17)]]>

根据(16)的约束条件，得

d1=-b-b2-4ac2a---(18)]]>

其中

a=n2Uin2+nUinUo+Uo2,b=-2Uo2,c=Uo2-nUinUo+4n3UinLIoTS]]>

然后根据(14)、(15)求得d₂与d₃；

根据上述三种计算的情况，最终选取一种情况下得到的d₁、d₂与d₃作为最终的前3个模态的调制比，如果d₁+d₂+d₃＝1，则d₄＝0；如果d₁+d₂+d₃<1，则d₄＝1-(d₁+d₂+d₃)，并将d₁、d₂、d₃与d₄作为源信号，直接通过调制策略实现开关管的驱动信号。