一种双向电路等效控制方法与流程

本发明涉及电力电子，尤其涉及一种双向电路等效控制方法。

背景技术：

储能交换系统中，双向电力电子变换器变的越来越重要，双向dc/dc变换器是其中的核心组件。双有源桥变换器具有功率密度高，调压范围宽，效率高和软开关等优点，储能系统中有很大范围的应用。双有源桥变换器在实际工程中，通过对电感电流有效值、峰值、回流功率等目标进行优化，得到不同的电感电流波形。工程中通常采用一种开关时序模式对应一种电感电流波形，导致部分开关管开关损耗不均衡，大的电压、电流应力作用在部分开关管上，增加部分开关管的失效率。

技术实现要素：

本发明提出一种双向电路等效控制方法，通过控制开关动作策略，保证双有源桥变换器电感电压和电感电流波形不变，拓扑的能量传输特性不变的前提下，使承担主要开关损耗和大的电压、电流应力的开关管发生切换。

本发明的控制方法，通过8个开关管的开关时序，对能量进行传输，其中开关管q1、q2、q3、q4组成的h桥定义为hb1,开关管q5、q6、q7、q8组成的h桥定义为hb2。

普通控制模式就是图3所示的第一模式，等效控制就是图3所示的第二模式，通过控制开关动作策略，保证双有源桥变换器电感电压和电感电流波形不变，拓扑的能量传输特性不变的前提下，使hb1侧承担主要开关损耗和大的电压、电流应力的开关管发生切换。

（1）所有开关管工作的开关时序是普通控制模式即模式一，t0时刻电感电流时开关管q4开通，t1时刻开关管q1关断，电感电流il达到最大；

（2）等效控制模式是模式二，控制的变量中的d2保持与第一模式中的值相等，d1和d3保持不变，即所有开关管工作于开关时序第二模式，第二模式的t0时刻电感电流和第一模式的t0时刻的电流相同，但是开关管q1开通；第二模式的t1时刻电感电流il达到最大和第一模式的t1时刻的电流相同，但是开关管q4关断。

其中所有开关管可以为mos管或igbt。

本发明的优点

本发明提出一种双向电路等效控制方法，通过控制开关动作策略，保证双有源桥变换器电感电压和电感电流波形不变，拓扑的能量传输特性不变的前提下，使承担主要开关损耗和大的电压、电流应力的开关管发生变化。工程上也可以利用这种策略，去均衡开关管承担大电流、大电压的时间及损耗，从而提高系统可靠性。

附图说明

图1是双有源桥电路拓扑图；

图2是根据本发明的电感电流波形；

图3是根据本发明的方案一的开关电路时序图；

图4是根据本发明的方案二的开关电路时序图；

图5是根据本发明的方案三的开关电路时序图。

具体实施方式

为了实现本发明的技术方案，让更多的工程人员了解到本发明，下面将结合具体实施方式和控制方案，进一步阐释双向电路的等效控制策略。

一、dab双向电路分析

双有源桥（doubleactivebridge）拓扑，下文简称为dab。mos管命名为q1~q8。通过8个mos管的开关时序，对能量进行传输。

开关管q1、q2、q3、q4侧的h桥定义为hb1,开关管q5、q6、q7、q8侧的h桥定义为hb2。d1是q1和q5之间的移相角；d2是q1和q4之间的移相角；d3是q5和q8之间的移相角。通过控制d1,d2,d3控制能量的流动。双有源桥变换器通过隔离变压器和辅助电感l1传输能量，实现了电气隔离和能量的双向流动，可以通过控制变换器的三个移相角实现，自由度很高的控制，为了进行优化控制，其中的一种电感电流的波形如图2。

双有源桥电路的上下桥臂中q1和q2是互补导通，q3、q4是互补导通,q5和q6互补导通，q7和q8互补导通。开关时序图表示不同时刻q1、q4、q5和q8的整体开通、导通、关断情况。

二、开关电路及其控制时序

本发明提出一种双向电路等效控制方法，通过控制开关动作策略，保证双有源桥变换器电感电压和电感电流波形不变，拓扑的能量传输特性不变的前提下，使承担主要开关损耗和大的电压、电流应力的开关管发生切换。

方案一

普通控制就是图3所示的第一模式，等效控制就是图3所示的第二模式，通过控制开关动作策略，保证双有源桥变换器电感电压和电感电流波形不变，拓扑的能量传输特性不变的前提下，使hb1侧承担主要开关损耗和大的电压、电流应力的开关管发生变化。

（1）所有开关管工作的开关时序是普通控制模式即模式一，t0时刻电感电流时开关管q4开通，t1时刻开关管q1的关断，电感电流il达到最大。

（2）等效控制模式是模式二。控制的变量中的d2保持与第一模式中的值相等，d1和d3保持不变，即所有开关管工作于开关时序第二模式，第二模式的t0时刻电感电流和第一模式的t0时刻的电流相同，但是开关管q1开通。第二模式的t1时刻电感电流il达到最大和第一模式的t1时刻的电流相同，但是开关管q4关断。

方案二

普通控制就是图4所示的模式3，等效控制就是图4所示的模式4，控制的变量中保持d3值相等，d1和d2不变，通过控制开关动作策略，保证双有源桥变换器电感电压和电感电流波形不变，拓扑的能量传输特性不变的前提下，使hb2侧承担主要开关损耗和大的电压、电流应力的开关管发生切换。

方案三

普通控制就是图5所示的模式5，等效控制就是图5所示的模式6，控制的变量中保持d2、d3值相等，d1不变。通过控制开关动作策略，保证双有源桥变换器电感电压和电感电流波形不变，拓扑的能量传输特性不变的前提下，使hb2和hb1侧承担主要开关损耗和大的电压、电流应力的开关管发生切换。

本发明不局限于mos管，同样适用于其他开关管，例如igbt。

上述实施方式仅是示例性的示出本发明，并不企图限制本发明。另外对于没有详细描述的步骤属于本领域技术人员熟知的技术内容。对于涵盖在本发明构思内的相应的变换和更改均在本发明范围内。

技术特征：

1.一种双向电路等效控制方法，通过控制开关动作策略，保证双有源桥变换器电感电压和电感电流波形不变，拓扑的能量传输特性不变，但是使承担主要开关损耗和大的电压、电流应力的开关管发生切换；双有源桥变换器通过8个开关管的开关时序，对能量进行传输，其中开关管q1、q2、q3、q4组成的h桥定义为hb1,开关管q5、q6、q7、q8组成的h桥定义为hb2，d1是q1和q5之间的移相角；d2是q1和q4之间的移相角；d3是q5和q8之间的移相角，通过控制d1,d2,d3控制能量的流动。

2.如权利要求1所述的控制方法，其中普通控制模式中的d2保持与等效控制模式中的d2值相等，d1和d3保持不变。

3.如权利要求2所述的控制方法，包括：

（1）开关时序是普通控制模式，t0时刻电感电流时开关管q4开通，t1时刻开关管q1关断，电感电流il达到最大；

（2）等效控制模式控制变量d2保持与普通控制模式中的值相等，d1和d3保持不变，即所有开关管工作于开关时序等效控制模式，等效控制模式的t0时刻电感电流和普通控制模式的t0时刻的电流相同，但是开关管q1开通；等效控制模式的t1时刻电感电流il达到最大和普通控制模式的t1时刻的电流相同，但是开关管q4关断。

4.如权利要求1所述的控制方法，其中等效控制模式的d3保持与普通控制模式中的d3值相等，d1和d2不变。

5.如权利要求1所述的控制方法，其中等效控制模式中的d2、d3保持与普通控制模式中的d2、d3值相等，d1不变。

6.如权利要求1所述的控制方法，其中所有开关管为mos管或igbt。

技术总结
本发明提出一种双向电路等效控制方法，通过控制开关动作策略，保证双有源桥变换器电感电压和电感电流波形不变，拓扑的能量传输特性不变，但是承担主要开关损耗和大的电压、电流应力的开关管发生切换。

技术研发人员：李晨光;付加友;崔然;陈杨浩;彭信圆;朱建国
受保护的技术使用者：深圳市永联科技股份有限公司
技术研发日：2020.09.11
技术公布日：2020.12.11