[发明专利]二极管箝位混合三电平双有源全桥变流器及其控制方法

说明书

本发明提供了一种二极管箝位混合三电平双有源全桥变流器，基于双有源全桥变流器，通过将其原边一个两电平桥臂替换成二极管箝位三电平桥臂，从而增加一个额外的控制变量，使得拓扑适用于宽电压范围应用场合。同时提供了一种控制方法，基于二极管箝位混合三电平双有源全桥变流器的原边零电平占空比、原边高电平占空比、副边零电平占空比以及原副边之间移相比四个控制量，实现四自由度全局优化控制，通过协调变流器的四个控制变量，降低电流有效值，提升变流器运行效率。并给出了DAB全局优化运行的闭环控制，使变流器在不同运行工况下，自动实现全局优化运行。

技术领域

本发明涉及DC/DC高频隔离变换技术领域，特别是一种适用于宽电压范围的二极管箝位混合三电平双有源全桥变换器及降低其损耗的控制方法。

背景技术

基于移相控制技术的双有源全桥变流器(Dual Active Bridge-IsolatedBidirectional DC/DC Converter，DAB)具有功率密度高、动态响应快、容易实现软开关、功率能双向流动等优点，在不间断电源、电动汽车、固态变压器等场合广受欢迎。常见的DAB变流器控制方式为移相控制，在高频变压器的原边端口和副边端口产生具有相对相移的两电平或多电平电压方波，同时通过调节原副边方波的相对相移和各电平的占空比调节流经变流器的功率并控制流经高频变压器电流的波形。在传统的两电平DAB变流器中，常用的调制方式有：单移相调制(Single phase shift modulation,SPSM)、双重移相调制(Dual phaseshift modulation,DPSM)、扩展移相调制(Extended phase shift modulation,EPSM)和三重移相调制(Triple phase shift modulation,TPSM)等。其中TPSM具有三个独立的控制量，是两电平DAB变流器中最灵活的调制方式。然而，当变流器的端口电压发生大范围变化时，如车载的动力电池电压有时可在200V～450V宽范围内变化，在面对这种应用场合，即使采用经过优化后的TPSM调制技术，两电平DAB变流器仍然存在部分工作区域电流应力和电流有效值较大，能量传输效率较低，综合性能仍然有待进一步提高。

为了使得变流器适应更宽的端口电压范围，二极管箝位混合三电平DAB变流器可以通过增加一个可控制占空比的中间电平，从而获得一个额外的独立控制变量，突破传统两电平DAB变换器的设计极限，提高整个电压范围和功率范围内输入输出功率的转换效率，实现全局优化运行。而如何实现确定不同电平的占空比，如何协调四个独立的控制变量以降低变流器中隔离变压器的电流应力和电流有效值，是二极管箝位混合三电平DAB变流器拓扑构造和控制方法上亟待解决的问题。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的是提供一种二极管箝位混合三电平双有源全桥(DAB)变流器的拓扑结构及其四自由度全局优化控制方法。所述拓扑结构能够适应端口电压宽范围变化的工作场合，所述控制方法能有效降低变流器中隔离变压器的电流有效值和电流应力，自动实现全局优化运行，提高DAB的运行性能。

本发明是通过以下技术方案实现的。

根据本发明的一个方面，提供了一种二极管箝位混合三电平双有源全桥变流器，包括：输入滤波电容C_inp和C_inn、输出滤波电容C_o、直流电压源、原边二极管箝位混合三电平全桥H₁、副边单相全桥H₂、高频隔离变压器、高频电感L_s和控制器；其中：