[发明专利]双向混合桥DC-DC变换器及半周期伏秒面积平衡控制方法

说明书

本发明公开的一种双向混合桥DC‑DC变换器及半周期伏秒面积平衡控制方法，属于电力电子领域的高频开关电源方向。本发明公开的双向混合桥DC‑DC变换器由主电路和控制电路组成；所述主电路由输入侧、高频变压器以及输出侧组成；控制电路包括控制器和驱动电路。基于提出的双向混合桥DC‑DC变换器，采用半周期伏秒面积平衡控制。通过同时调节输入侧的占空比以及半周期伏秒面积平衡控制能减小在功率不传递的阶段漏感电流有效值，降低无功电流，从而降低电流造成的电路通态损耗和环流损耗，同时也能实现各个开关管器件的宽范围软开关。另外，通过半周期伏秒面积平衡控制能在实现双向功率流的实时控制的同时，降低控制单元的复杂程度。

技术领域

本发明涉及一种双向DC-DC变换器及用于对变换器进行控制的半周期伏秒面积方法，尤其涉及一种高频隔离式双向混合桥DC-DC变换器及其半周期伏秒面积平衡控制方法，属于电力电子领域的高频开关电源方向。

背景技术

随着电力电子技术的发展，双向、高频隔离、高效率的变换器的需求逐步增加，尤其是在包含储能单元的固态变压器，高压直流输电，微电网等各种供电系统场合。这些系统由于需要对储能单元进行充放电的能量控制，要求变换器具有双向可控功率流的特点；考虑到用户侧的安全性，需要实现电气隔离。另外，对于燃料电池和光伏发电等电力电子应用场合，有着很宽的输入电压范围，希望后级的变流器能适应宽范围的电压增益。

常用类型的一种双向高频隔离DC-DC变换器的拓扑结构图如图1所示，该拓扑结构为对称结构，变压器一次侧和二次侧都是由开关管组成的全桥电路，所述的两个全桥电路由一个高频变压器连接。此种类型的变换器包含三个控制变量，包括一次侧全桥电路的两个桥臂中心点之间的电压v_AB，二次侧全桥电路两个桥臂中心点之间的电压v_CD，以及v_AB和v_CD之间的移相角。通过控制一次侧开关管的驱动信号可以调节电压v_AB的占空比大小；通过控制二次侧开关管的驱动信号可以调节电压v_CD的占空比大小；通过调节一次侧与二次侧开关管信号之间的相位差可以实现对v_AB和v_CD之间的移相角的控制。目前针对双有源桥双向DC-DC变换器控制方法可以分为两大类：a)传统的单移相控制策略，b)移相加PWM控制策略。其中移相加PWM控制策略又可以分为两个控制自由度的控制策略和三个控制自由度的控制策略。

在实现较大范围的软开关范围的前提下，针对于宽电压增益范围场合下的双向DC-DC变换器方法在IEEE Transaction on power electronics【电力电子期刊】于2016年发表的“Fundamental Duty Modulation of Dual-Active-Bridge Converter for Wide-Range Operation”被提出。文中，通过对变换器变压器电压的基波进行分析，从而得到一种新颖的移相加PWM控制策略。但是，该种控制策略控制方式较为复杂，而且变换器的开光管软开关范围受限。IEEE Transaction on power electronics【电力电子期刊】于2016年发表的文献“A Modified Dual Active Bridge Converter With Hybrid Phase-ShiftControl for Wide Input Voltage Range”中通过对传统的双有源桥的拓扑结构进行改进结合其所提出的控制方式，从而实现宽电压增益下的宽软开关范围。然而，其的控制器需要进行控制模式的切换，两种模式之间的平滑切换很有难度。IEEE Transaction on powerelectronics【电力电子期刊】将于2017年发表的文献“A Dual-Bridge LLC ResonantConverter with Fixed-Frequency PWM Control for Wide Input Applications”提出了一种适合宽电压增益下的LLC拓扑结构，然而此拓扑结构只能实现单向功率流，而且该拓扑结构的启动与轻载需要特殊处理。

发明内容