[发明专利]混合五电平双向DC/DC变流器及其电压匹配调制方法

说明书

本发明公开了一种混合五电平双向DC/DC变流器及其电压匹配调制方法，其中变流器包括第一输入滤波电容C_inp和第二输入滤波电容C_inn、输出滤波电容C_o、直流电压源、原边混合五电平单元、原边两电平半桥、副边单相全桥H₂、高频隔离变压器M₁、高频电感L_s和控制器；其中：所述原边混合五电平单元的直流母线的正极分别与对应直流电压源的正极和输入滤波电容C_inp的正极相连，原边混合五电平单元的直流母线的负极分别与对应直流电压源的负极和输入滤波电容C_inn的负极相连，原边混合五电平单元一端与第一输入滤波电容C_inp和第二输入滤波电容C_inn的串联中点相连，原边混合五电平单元通过高频电感L_s与高频隔离变压器M₁的原边相连，原边两电平半桥中点与高频变压器原边的另一端相连。

技术领域

本发明属于DC/DC高频隔离变换技术领域，具体涉及一种混合五电平双向DC/DC变流器及其电压匹配调制方法。

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 phaseshift modulation，SPSM)、双重移相调制(Dual phase shift modulation，DPSM)、扩展移相调制(Extended phase shift modulation，EPSM)和三重移相调制(Triple phase shiftmodulation，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。对于两电平DAB变换器而言，当电压传输比近似为1时，也就是输入输出电压近似匹配的情况下，电流有效值和电流应力较小，软开关范围宽，传输效率较高。其中电压传输比计算为输出电压乘变压器变比除以输入电压。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，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超宽的端口电压范围，混合五电平双向变流器可以通过增加一个五电平单元，从而获得额外可独立调节占空比的中间电平，分别为输入电压的四分之一、二分之一和四分之三。当电压传输比为四分之一到一的范围内时，可以通过优化调节中间电平的占空比，使得变换器工作在近似电压匹配的状态，显著降低运行时的电流应力和电流有效值，从而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。

发明内容

鉴于以上存在的技术问题，本发明用于提供一种混合五电平双向DC/DC变流器及电压匹配调制方法，此种提供的混合五电平双向DC/DC变流器的拓扑结构能够适应端口电压超宽范围变化的工作场合，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，提高DAB的运行性能。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：