双有源全桥变流器全功率范围内的高效率的调制方法与流程

技术特征：

1.一种双有源全桥变流器全功率范围内的高效率调制方法，所述的双有源全桥变流器由直流电压源、原边单相全桥(H₁)、副边单相全桥(H₂)、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，分别测量所述的双有源全桥变流器的副边直流负载的电压U_o和电流I_o，电压U_o和电流I_o通过乘法器计算出负载功率P_o，负载功率P_o与给定功率P_ref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双有源全桥变流器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；其特征在于，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：

$M=\frac{n\×V_2}{V_1}---\left(1\right)$

其中，V₁为双有源全桥变流器输入电压，V₂为双有源全桥变流器输出电压，n为变压器的变比，这三个参数作为初值预先设定；

2)当M≤1时，所述的控制器根据电压传输比M分别确定下列三个分段的传输功率的范围：

低功率段传输功率范围：

$P_{Low}\∈\[0,2M(1-M)\×\frac{{\mathrm{nV}}_1{V}_2}{8f_{s}L}\]---\left(2\right)$

中功率段传输功率范围：

$P_{Medium}\∈\[2M(1-M)\×\frac{{\mathrm{nV}}_1{V}_2}{8f_{s}L},\frac{2(M^2-1+\sqrt{1-M^2})}{M^2}\×\frac{{\mathrm{nV}}_1{V}_2}{8f_{s}L}\]---\left(3\right)$

高功率段传输功率范围：

$P_{High}\∈\[\frac{2(M^2-1+\sqrt{1-M^2})}{M^2}\×\frac{{\mathrm{nV}}_1{V}_2}{8f_{s}L},\frac{{\mathrm{nV}}_1{V}_2}{8f_{s}L}\]---\left(4\right)$

其中，f_s为双有源全桥变流器的开关频率，L为双有源全桥变流器的电感值，P_Low、P_Medium、P_High分别为低功率段传输功率、中功率段传输功率、高功率段传输功率；

3)双有源全桥变流器三个移相比控制量的计算：

当传输功率位于低功率段时，通过下述公式计算相应的移相比控制量：

$\begin{array}{c}{D}_{0,opt}=\frac{(1-M)(1-D_{1,opt})}{M}\\ D_{2,opt}=1-\frac{1-D_{1,opt}}{M}\end{array}---\left(5\right)$

其中，D_1,opt表示原边全桥内部移相比，D_2,opt表示副边全桥内部移相比，D_0,opt表示原副边之间的移相比；

当传输功率位于中功率段时，通过下述公式计算相应移相比控制量：

$\begin{array}{c}{D}_{0,opt}=\frac{D_{1,opt}-1+M+D_{1,opt}M+\sqrt{{(D_{1,opt}-1)}^2+M^2(D_{1,opt}^2-1)}}{2M}\\ D_{2,opt}=0\end{array}---\left(6\right)$

当传输功率位于高功率段时，通过下述公式计算相应的移相比控制量：

$\begin{array}{c}{D}_{1,opt}=0\\ D_{2,opt}=0\end{array}---\left(7\right)$

其中，D_1,opt表示原边全桥内部移相比，D_2,opt表示副边全桥内部移相比，D_0,opt表示原副边之间的移相比；

4)当M≥1时，确定传输功率的三个分段的传输功率的范围：

低功率段：

$P_{low}\∈\[0,\frac{2}{M^2}(M-1)\×\frac{{\mathrm{nV}}_1{V}_2}{8f_{s}L}\]---\left(8\right)$

中功率段：

$P_{medium}\∈\[\frac{2}{M^2}(M-1)\×\frac{{\mathrm{nV}}_1{V}_2}{8f_{s}L},2(1-M^2+M\sqrt{M^2-1})\×\frac{{\mathrm{nV}}_1{V}_2}{8f_{s}L}\]---\left(9\right)$

高功率段：

$P_{high}\∈\[2(1-M^2+M\sqrt{M^2-1})\×\frac{{\mathrm{nV}}_1{V}_2}{8f_{s}L},\frac{{\mathrm{nV}}_1{V}_2}{8f_{s}L}\]---\left(10\right)$

当传输功率位于低功率段时，通过下述公式计算相应的移相比控制量：

$\begin{array}{c}{D}_{0,opt}=0\\ D_{1,opt}=1+{\mathrm{MD}}_{2,opt}-M\end{array}---\left(11\right)$

当传输功率位于中功率段时，通过下述公式计算相应的移相比控制量：

$\begin{array}{c}{D}_{0,opt}=\frac{1-D_{2,opt}-M+{\mathrm{MD}}_{2,opt}+\sqrt{D_{2,opt}^2-1+M^2{(1-D_{2,opt})}^2}}{2}\\ D_{1,opt}=0\end{array}---\left(12\right)$

当传输功率位于高功率段时，通过下述公式计算相应的移相比控制量：

$\begin{array}{c}{D}_{1,opt}=0\\ D_{2,opt}=0\end{array}---\left(13\right)$

5)所述的控制器按所述的原边全桥内部移相比D_1,opt，副边全桥内部移相比D_2,opt，原副边之间的移相比D_0,opt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，即可实现双有源全桥变流器在全功率范围内的畸变电流有效值的最小，实现双有源全桥变流器在全功率范围内的最大效率。