一种双向dc-dc变换器电流临界连续统一控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种双向DC-DC变换器电流临界连续统一控制方法，尤其设及一种双 有源桥双向DC-DC变换器的电流临界连续统一控制方法，属于电力电子领域的高频隔离开 关电源方向。
【背景技术】
[0002] 随着电力电子技术的发展，双向、高频隔离、高效率的变换器的需求逐步增加，尤 其是在包含储能单元的固态变压器，高压直流输电，微电网等各种供电系统场合。运些系统 由于需要对储能单元进行充放电的能量控制，要求变换器具有双向可控功率流的特点。另 夕h高的传递效率能够提高整个变换装置的功率密度，增加可靠性，节约成本，因此也成为 另一个重要的指标。对于前述的应用场合，双有源桥双向DC-DC变换器因为其具有广泛的应 用前景而被大量研究。
[0003] 常用类型的一种双向DC-DC变换器的拓扑结构图如图1所示，该拓扑结构为对称结 构，变压器一次侧和二次侧都是由开关管组成的全桥电路，所述的两个全桥电路由一个高 频变压器连接。此种类型的变换器包含=个控制变量，包括一次侧全桥电路的两个桥臂中 屯、点之间的电压VAB，二次侧全桥电路两个桥臂中屯、点之间的电压VCD，W及VAB和VCD之间的移 向角。通过控制一次侧开关管的驱动信号可W调节电压VAB的占空比大小;通过控制二次侧 开关管的驱动信号可W调节电压VCD的占空比大小;通过调节一次侧与二次侧开关管信号之 间的相位差可W实现对VAB和VCD之间的移向角的控制。目前针对双有源桥双向DC-DC变换器 控制方法可W分为两大类:a)传统的单移向控制策略，b)移向加 PWM控制策略。其中移向加 PWM控制策略又可W两个控制自由度的控制策略和=个控制自由度的控制策略。
[0004] 2007年在IE邸Transaction on power electronics【电力电子期刊】上发表的'A bidirectional DC-DC converter for an energy storage system with galvanic isolation'一文使用的是传统的单移向控制策略。运种控制策略能够实现功率的双向流控 审IJ。但是，当储能侧的电压波动时，其的软开关条件将不会满足，而且环流损耗与导通损耗 会增加。2012年在IE邸Transaction on power elechonics【电力电子期刊】上发表的 ('Extended-ph曰se-shift control of isol曰ted bidirection曰I dc-dc converter for power distr化Ution in microgrid"-文不仅仅控制两个有源桥之间的移向角，还控制各 个有源桥的两个桥臂之间的移向角。运种方法归纳为含有两个自由度的移向加 PWM控制方 法。该方法能有效减小无功损耗和环流损耗，但是引入另外一个控制自由度，增加了控制的 复杂程度，导致运种控制方法难W实时计算。2012年在IEEE Transaction on power electronics【电力电子期刊】上发表的"Stability analysis of isolated bidirectional dual active full-bridge dc-dc converter with triple phase shift control"属于包含S个控制自由度的移向加 PWM控制。运种方法能进一步减小变换器的无 功损耗与环流损耗，使变换器工作在全范围输入的最优状态。然而，控制单元包含=个自由 度，使控制单元很难统一和实时计算。而且，其中的变换器工作区域的切换增加了控制的复 杂程度。
【发明内容】
[000引为克服前述的常用类型的双有源桥双向DC-DC变换器控制器设计复杂、减小无功 损耗与导通损耗等相关问题，本发明公开的一种双向DC-DC变换器电流临界连续统一控制 方法，要解决的技术问题是针对常用类型的双向DC-DC变换器的拓扑结构提供一种双有源 桥双向DC-DC变换器电流临界连续统一控制的方法，减小电路的无功损耗，减小开关管电流 应力和变换器的环流损耗，提高变换器的效率和可靠性；同时能极大降低控制单元的复杂 程度。
[0006] 本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
[0007] 常用类型的双有源桥双向DC-DC变换器包含S个控制变量，包括一次侧全桥电路 的两个桥臂中屯、点之间的电压VAB，二次侧全桥电路两个桥臂中屯、点之间的电压VCD，W及变 压器一次侧电压VAB和变压器二次侧电压VCD之间的移向角。本发明公开的一种双向DC-DC变 换器电流临界连续统一控制方法，通过将二次侧的输出电压的给定Vref与实际二次侧的输 出采样值V2的差值作为电压控制器的输入，控制器的输出用于调节变压器一次侧电压VAB和 变压器二次侧电压VCD之间的移向角控制信号辟。根据移向角控制信号0、边界条件W及变压 器一次侧电压VAB和变压器二次侧电压VCD之间的控制条件能够得到用于控制变压器一次侧 电压VAB的控制信号山和控制变压器二次侧电压VCD的控制信号Cb。通过所述的边界条件W及 控制条件能够使变压器电流处于临界连续的模式。根据移向角控制信号沪、控制信号山和控 制信号Cb，驱动产生单元产生相对应的开关管驱动控制信号，从而控制变换器的一次侧电 压VAB和变压器二次侧电压VcdW及变压器一次侧电压VAB和变压器二次侧电压VCD之间的移向 角?。所述的边界条件W及控制条件能够使变压器电流处于临界连续的模式，使变换器在 同等输出功率的情况下具有较大的占空比W及较小的移向角。使得电路的无功损耗减小， 开关管电流应力和变换器的环流损耗减小，从而能够提高变换器的效率和可靠性。
[0008] 所述的控制器仅通过一个电压控制器即可实现对所述的双向DC-DC变换器的控 审IJ，能够降低控制单元的复杂程度。所述的电压控制器优选比例积分PI控制器。
[0009] 所述的边界条件根据移向角控制信号巧大小可分为边界条件(a)和边界条件(b) 两种：
[0010] 当移向角控制信号碎大于等于零时，则利用边界条件(a)如公式(1)所示，
[00"] ^+。(/|隔=0.5 (1)
[0012]当移向角控制信号中小于零时，则利用边界条件(b)如公式(2)所示，
[001 引-外成 Fy(MFi)=O. 5 (2)
[0014]其中Vi，V2分别为对变换器的一次侧与二次侧的有源桥直流电压;n为变压器一次 侧对二次侧的变比l:n。
[001引所述的控制条件如公式(3)所示。
[0016] nVidi = V2d2 (3)
[0017] 所述的变换器为双向拓扑结构，一次侧与二次侧可W互换。
[0018] 本发明公开的一种双向DC-DC变换器电流临界连续统一控制方法，包括如下步骤，
[0019] 步骤一、确定变换器二次侧直流输出电压给定Vref ;
[0020] 步骤二、对变换器的一次侧与二次侧的有源桥直流电压进行采样，分别记为Vi和 V2。计算输出电压给定值Vref与V2的差值，所述的差值作为输出电压调节器的输入。所述电压 调节器的输出作为变压器一次侧电压VAB和变压器二次侧电压VCD之间的移向角控制信号暫；
[0021] 步骤S、根据移向角控制信号梦、边界条件和变压器一次侧电压VAB和变压器二次 侦帷压VCD之间的控制条件能够得到用于控制变压器一次侧电压VAB的控制信号山和变压器 二次侧电压VCD的控制信号Cb。通过所述的边界条件W及控制条件能够使变压器电流处于临 界连续的模式。
[0022] 步骤3.1、给出用于求解控制信号di或控制信号Cb的边界条件。
[0023] 当移向角控制信号巧大于等于零时，则利用边界条件(a)如公式（1)所示，得到控 制信号山。
[0024] (p+ndiViiVi^O.S Cl)
[00巧]当移向角控制信号小于零时，则利用边界条件(b)如公式(2)所示，得到控制信 号cb。
[0026] -护+成 py (巧['I)二 0.5 (2)
[0027] 其中Vi, V2分别为变换器的一次侧与二次侧的有源桥直流电压采样值，n为变压器