[发明专利]一种基于高频交流升降压原理的DAB-BDC调制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于高频交流升降压原理的DAB-BDC调制方法，实现了开关器件最优电流应力多变量解的算法，并在控制中省去了电流传感器，直接提高了系统的动态性能，属于电力电子变换器的控制领域。

背景技术

双向DC/DC变换器(BidirectionalDC/DCconverter,BDC)被广泛应用于航空航天、新能源发电、交、直流微电网等应用场合，因其双向功率流动能力而节省了系统的成本、体积、重量，所以受到越来越多的研究。

BDC分非隔离型和隔离型两类，由于BDC的输入、输出电压波动范围较大，且两者电压等级一般相差较大，因此非隔离BDC难以用单级功率变换实现高效率。而隔离型BDC可以利用高频变压器匹配输入、输出电压等级，使变换效率较高。通常隔离型BDC可分为电压型BDC和电流型BDC，电流型BDC中开关管易引起电压尖峰，必须增加钳位电路实现电压尖峰抑制，这增加了电路的复杂程度；而电压型BDC直流侧都有电容钳位，电压应力较小，因此应用广泛。经典的隔离型直流变换器经电路改造后可获得电压型BDC，一般电路呈对称结构，有反激式BDC，正反激混合BDC，半桥双向变换器和全桥双向变换器等，其中，双有源桥(DualActivebridge,DAB)BDC由于可以方便的实现零电压开关(ZVS)，移相控制即可实现功率双向流动，而受到广泛应用。变压器原副边交流方波电压相位、脉宽都可调，近年来针对降低回馈功率、器件电流峰值和总损耗方面取得了较多的研究成果。

现有技术中，较为先进的是扩展移相的概念，旨在降低回流功率及其产生的损耗，并取得了较好的效果，但是BDC存在三个独立的控制变量，即原边桥占空比d1，副边桥占空比d2以及原副边之间的移相角φ，未提出一种实现该三个变量的最优方法，在实现时先固定一个桥的占空比，因此未实现回流功率的最优控制；有些学者以实现开关管峰值电流最小为设计目的，提出双重移相的控制策略，但预先设置原副边全桥的占空比相等，仍可以进一步优化；有些学者提出根据变换器处理功率实现分阶段变频控制，以保证较优化的效率，一方面分阶段控制实现较困难，另一方面采用电流的三角形控制，使得器件电流应力较大；现有技术中建立了完整的BDC的各类损耗模型，根据损耗最小的设计原则确定了上述d1、d2以及φ的大小，确为目前最优的控制方案，但其运行效果依赖于损耗模型的准确性，而损耗模型的建立非常复杂。此外，DAB-BDC中ZVS的获得与负载大小相关，轻载时，难以实现软开关。

传统DAB-BDC的控制策略包含一个输出电压外环，一个电流内环，由于电流内环反馈量为电感电流，通常增加一个低通滤波器得到较平滑的平均值进行闭环反馈，但低通滤波器会影响到系统的动态特性。因此电感电流预测控制被广泛研究，但该方法对电流测量时刻的精度依懒性很强，稍有误差会影响控制效果。参考文献

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发明内容

发明目的：针对现有方法的不足，本文提出一种基于高频交流升降压原理的DAB-BDC调制策略，将能量缓冲电感电流设计在电流临界连续模式(BCM)或断续模式(DCM)，且采用恒频控制，保证BDC中的开关器件实现ZVS和ZCS。提出一种实现器件最优电流应力多变量解的算法，并在控制中省去了电流传感器，直接提高了系统的动态性能。

技术方案：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