一种基于电流效率优化的DAB的软开关方法与流程

本发明涉及dc/dc变流器，特别是一种基于电流效率优化的双有源全桥变流器(dualactivebridge-isolatedbidirectionaldc/dcconverter，以下简称为dab)的软开关方法。因此本发明的名称为一种基于电流效率优化的dab的软开关方法。

背景技术：

随着电力电子技术的发展，高频隔离功率转换技术将越来越多的应用到电网中，成为实现电网中快速灵活控制的重要手段。基于移相控制(phaseshiftmodulationscheme,psms)技术的双有源全桥变流器(dualactivebridge-isolatedbidirectionaldc/dcconverter，简称为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电压方波，同时通过控制原边和副边两个全桥电路斜对角开关器件驱动的相对相移，改变电压方波的占空比，从而调节流经变流器的功率。根据控制变量的选择，常见的dab变流器的调制方式有：单移相调制(singlephaseshiftmodulation,spsm)、双重移相调制(dualphaseshiftmodulation,dpsm)、扩展移相调制(extendedphaseshiftmodulation,epsm)和三重移相调制(triplephaseshiftmodulation,tpsm)等。其中tpsm具有三个独立的控制量，是最一般的调制方式，spsm、dpsm和epsm均可以视为tpsm的简化形式。因而tpsm最具有灵活性，可以通过合理地约束控制量之间的关系，使得dab变流器在传输相同的功率时，减小流经变压器电流的有效值，降低器件的电流应力，从而提高系统效率。

对于dab而言，不仅要求其电流运行畸变最小，而且要求其功率器件工作在软开关，这样，其开通、关断损耗才会达到最小，运行效率达到最高。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于电流效率优化的dab的软开关方法。该方法给出了电流效率优化情况下dab的软开关条件，既实现了电流畸变最小化，又让dab功率器件工作在软开关，提高了dab的效率。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于电流效率优化的dab的软开关方法，所述的dab(dual-active-bridge,双有源全桥变流器)由直流电压源、原边单相全桥、副边单相全桥、高频隔离变压器、高频电感l和控制器组成，所述的原边单相全桥h1的4个全控开关器件为s1～s4，副边单相全桥h2的4个全控开关器件为q1～q4；所述的原边单相全桥的直流母线的正极与对应直流电压源的正极相连，原边单相全桥的直流母线的负极与对应的直流电压源的负极相连，原边单相全桥的交流侧通过随时随地高频电感l与高频隔离变压器的原边相连；所述的副边单相全桥的直流母线正极与对应直流负载的正极相连，副边单相全桥的直流母线的负极与对应的直流负载的负极相连，副边单相全桥的交流侧与高频隔离变压器副边相连，所述的高频隔离变压器的变比为n:1；所述的原边单相全桥的开关器件s1～s4的控制信号的输入端和副边单相全桥的开关器件q1～q4的控制信号的输入端与所述的控制器对应的开关信号的输出端相连；

所述的控制器包括乘法器、比较器、pi控制器和调制单元，乘法器有两个信号输入端，分别测量所述的dab的副边直流负载的电压v2和电流i2，电压v2和电流i2通过乘法器计算出负载功率po，负载功率po与给定功率pref经比较器输出k，所述的调制单元输出开关控制信号的输出端分别与所述的dab的原副边全桥相应的开关器件s1～s4与q1～q4的控制信号的输入端相连；其特点在于，该方法包括如下步骤：

1)所述的控制器按公式(1)计算电压传输比：

其中，v1为dab输入电压给定值，v2为dab输出电压的测量值，n为变压器的变比，其中v1、n两个参数作为初值预先设定；

2)所述的控制器根据电压传输比m分别确定下列三个不同带载下的传输功率的范围：

轻载下传输功率范围：

中等带载下传输功率范围：

重载下传输功率范围：

其中，fs为dab的开关频率，l为dab的电感值，plow、pmedium、phigh分别为dab轻载下传输功率、中等带载下传输功率、重载下传输功率；

3)通过下述公式计算dab在不同带载下软开关移相比控制量：

轻载下：

d1,zvs＝k*m

d2,zvs＝α×(d1,zvs-d0,zvs)(5)

中等带载下：

d1,zvs＝k*m

d2,zvs＝0(6)

重载下：

d1,zvs＝0

d2,zvs＝0(7)

其中，d1,zvs表示dab端口1的h1内部移相比，d2,zvs表示dab副边端接口2的h2内部移相比，d0,zvs表示dab两个端口h1与h2之间的移相比；k为pi控制器输出，α表示系数，取值为0.1～1；

4)软开关条件：

三个控制量d1,zvs，d2,zvs，d0,zvs满足软开关的条件如下公式：

轻载下：

中等带载下：

重载下：

5)所述的控制器按所述的原边全桥内部移相比d1,zvs，副边全桥内部移相比d2,zvs，原副边之间的移相比d0,zvs形成驱动信号脉冲按时序输入并控制所述的原边单相全桥(h1)、副边单相全桥(h2)的工作，完成调制过程，即可实现dab在全功率范围内的软开关，实现dab在全功率范围内的零损耗。

与现有技术相比，本发明的特点如下：

1.既实现了电流畸变最小，又实现了dab功率器件的软开关，减小了开关损耗。

2.本发明提升了dab的效率。

附图说明

图1是本发明dab系统的构成图。

图2是本发明中不同功率下电流与d1之间的关系图。

图3是本发明dab符合软开关条件的三个控制量临界表面示意图。

图4是本发明dab工作在软开关的电压、电流波形示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

先请参阅图1，图1是本发明基于电流效率优化的dab的软开关方法的系统构成图。图2是本发明中不同功率下电流与d1之间的关系图，其中d1,zvs用d1表示。图3是本发明dab符合软开关条件的三个控制量临界表面示意图。

本发明基于电流效率优化的dab的软开关方法的具体实现如下：

根据dab两个端口的电压v1，电压v2和高频变压器变比n，根据式(1)的电压调制比控制器计算电压传输比m。输出电压v2与输出电流i2通过测量得到。输入电压v1和变压器变比n由具体装置决定，由设计人员输入到控制器中。通过乘法器得到dab带载功率，根据带载情况，通过比例积分(pi)控制器，pi控制器参数kp和ki由预先设定，取值范围为：0.001≤kp≤10，0.001≤ki≤10。然后将得到的pi控制器输出k与电压传输比m，输出给控制器中的调制单元，根据式(5)～(7)计算出不同带载下3个移相控制量d1,zvs、d2,zvs、d0,zvs，最后驱动功率器件s1～s4，q1～q4，控制dab功率器件的动作，实现软开关。

如图4所示，vp为功率器件s1的电压波形，vs为功率器件q1的电压波形，il功率器件q1的电流波形，从中可以看出，功率器件s1、q1在导通之前，已有电流流经其反并联二极管，电压已经降为零，因此，这时候导通功率器件，实现了零电压导通，即软开关的工作。

由此可见，根据本发明所示的调制方法，在电流畸变最小下实现dab的软开关。