[發明專利]半有源橋DC-DC變換器的PWM-移相復合控制方法

有效

• 申請號: 201710048388.6
• 申請日: 2017-01-20
• 公開（公告）號: CN106712522B
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 沙德尚;張健坤;劉珂;徐雅雄
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 北京理工正陽知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 毛燕

本發明公開的半有源橋DC?DC變換器的PWM?移相復合控制方法，涉及用于電壓源型半有源橋DC?DC變換器的PWM?移相復合控制方法，屬于電力電子領域的高頻開關電源方向。本發明的變換器由主電路和控制電路組成；主電路由輸入側和輸出側組成；控制電路包括控制器和驅動電路。本發明的一種用于電壓源型半有源橋DC?DC變換器的PWM?移相復合控制方法，通過低壓側電壓v_ab和高壓側電壓v_cd之間移相控制環的調節，以及通過低壓側PWM控制環調節開關管占空比，實現所有開關管的軟開關的條件下，能夠減小開關管的導通損耗，并且降低DC?DC變換器中存在的無功功率，減小開關管的電流應力，提高DC?DC變換器的可靠性。本發明非常適合用在對于變換器的體積和重量要求非常嚴格的航空航天領域。

技術領域

本發明涉及一種用于電壓源型半有源橋DC-DC變換器的PWM-移相復合控制方法，屬于電力電子領域的高頻開關電源方向。

背景技術

在需要雙向功率流和電氣隔離的應用場合，電壓源型雙有源橋(voltage-feddual active bridge,VF-DAB)變換器是極佳的選擇。目前，它已經廣泛應用在儲能、微電網和航空等應用場合。這種拓撲可以利用變壓器的漏感來實現所有開關管的ZVS開通，而不需要添加額外的有源或無源器件。這一點可以大大降低器件上的電壓應力，同時也可以降低對濾波器的要求。從拓撲的兩側看過去電路是對稱的，因此只需要簡單地調整兩側電壓波形之間的移相角就可以實現雙向功率流之間的無縫切換。

DAB的各種優點對于需要雙向功率流的應用是非常顯著的。然而，還有許多應用場合僅僅需要單向功率流，比如說各種類型的直流電源、光伏逆變器的DC-DC級、電動汽車的充電器以及燃料電池等等。對于單向功率流的高功率等級、隔離式DC-DC變換器，一些拓撲非常常見，包括移相全橋變換器(phase shifted full bridge,PSFB)，LLC變換器等。對于移相全橋變換器來說，主要有兩個問題。一是在輕載條件下滯后橋臂的軟開關容易丟失，二是副邊的整流二極管不能實現ZCS關斷，其反向恢復效應帶來了額外的損耗和電壓尖刺。對于LLC變換器來說，MOS管的ZVS開通和二極管的ZCS關斷都可以實現，變換器效率很高。但變頻控制使得控制器的設計以及磁性元件的設計變得較為復雜。

一種半有源橋直流直流變換器(SDAB)在IEEE Transaction on PowerElectronics【電力電子期刊】于2014年發表的“Analysis,design and experimentalresults of the semidual-active-bridge Converter”【半有源橋變換器的分析、設計和實驗結果】,一文中被提出。這種拓撲將DAB的副邊全橋電路中的兩個開關管替換成了二極管，不僅降低了驅動電路的設計難度，也降低了變換器的成本。由于二極管具有單向導通特性，不像開關管一樣能夠可控通斷，因此其穩態運行波形與電壓源型DAB拓撲有一些差別。這篇文獻中采用的調制策略為單移相(SPS)調制策略，各個開關管的占空比都固定為50％。這種調制策略會使得變換器中存在較大的無功功率，導致器件上產生更高的損耗和電流應力。另外，該調制策略下副邊開關管的體二極管導通的時間比較長，這會導致較高的導通損耗。