[发明专利]半有源桥DC-DC变换器的PWM-移相复合控制方法

说明书

本发明公开的半有源桥DC‑DC变换器的PWM‑移相复合控制方法，涉及用于电压源型半有源桥DC‑DC变换器的PWM‑移相复合控制方法，属于电力电子领域的高频开关电源方向。本发明的变换器由主电路和控制电路组成；主电路由输入侧和输出侧组成；控制电路包括控制器和驱动电路。本发明的一种用于电压源型半有源桥DC‑DC变换器的PWM‑移相复合控制方法，通过低压侧电压v_ab和高压侧电压v_cd之间移相控制环的调节，以及通过低压侧PWM控制环调节开关管占空比，实现所有开关管的软开关的条件下，能够减小开关管的导通损耗，并且降低DC‑DC变换器中存在的无功功率，减小开关管的电流应力，提高DC‑DC变换器的可靠性。本发明非常适合用在对于变换器的体积和重量要求非常严格的航空航天领域。

技术领域

本发明涉及一种用于电压源型半有源桥DC-DC变换器的PWM-移相复合控制方法，属于电力电子领域的高频开关电源方向。

背景技术

在需要双向功率流和电气隔离的应用场合，电压源型双有源桥(voltage-feddual active bridge,VF-DAB)变换器是极佳的选择。目前，它已经广泛应用在储能、微电网和航空等应用场合。这种拓扑可以利用变压器的漏感来实现所有开关管的ZVS开通，而不需要添加额外的有源或无源器件。这一点可以大大降低器件上的电压应力，同时也可以降低对滤波器的要求。从拓扑的两侧看过去电路是对称的，因此只需要简单地调整两侧电压波形之间的移相角就可以实现双向功率流之间的无缝切换。

DAB的各种优点对于需要双向功率流的应用是非常显著的。然而，还有许多应用场合仅仅需要单向功率流，比如说各种类型的直流电源、光伏逆变器的DC-DC级、电动汽车的充电器以及燃料电池等等。对于单向功率流的高功率等级、隔离式DC-DC变换器，一些拓扑非常常见，包括移相全桥变换器(phase shifted full bridge,PSFB)，LLC变换器等。对于移相全桥变换器来说，主要有两个问题。一是在轻载条件下滞后桥臂的软开关容易丢失，二是副边的整流二极管不能实现ZCS关断，其反向恢复效应带来了额外的损耗和电压尖刺。对于LLC变换器来说，MOS管的ZVS开通和二极管的ZCS关断都可以实现，变换器效率很高。但变频控制使得控制器的设计以及磁性元件的设计变得较为复杂。

一种半有源桥直流直流变换器(SDAB)在IEEE Transaction on PowerElectronics【电力电子期刊】于2014年发表的“Analysis,design and experimentalresults of the semidual-active-bridge Converter”【半有源桥变换器的分析、设计和实验结果】,一文中被提出。这种拓扑将DAB的副边全桥电路中的两个开关管替换成了二极管，不仅降低了驱动电路的设计难度，也降低了变换器的成本。由于二极管具有单向导通特性，不像开关管一样能够可控通断，因此其稳态运行波形与电压源型DAB拓扑有一些差别。这篇文献中采用的调制策略为单移相(SPS)调制策略，各个开关管的占空比都固定为50％。这种调制策略会使得变换器中存在较大的无功功率，导致器件上产生更高的损耗和电流应力。另外，该调制策略下副边开关管的体二极管导通的时间比较长，这会导致较高的导通损耗。