[發明專利]雙有源全橋DC-DC變換器的電流應力優化雙相移控制方法

有效

• 申請號: 201711266394.5
• 申請日: 2017-12-05
• 公開（公告）號: CN108039821B
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發明（設計）人: 宋文勝;安峰;楊柯欣
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 51200 成都信博專利代理有限責任公司
• 代理人: 劉凱

本發明公開一種雙有源全橋DC?DC變換器的電流應力優化雙相移控制方法，包括：根據雙有源全橋DC?DC變換器輸出電壓的平均模型，構建輸出電壓的狀態平均空間方程，然后對輸出電壓的狀態平均空間方程中輸出電壓的微分項進行離散化處理，得到變換器輸出電壓的預測值，結合拉格朗日函數和雙有源全橋DC?DC變換器在雙重相移控制下的功率模型，得到變換器在電流應力優化控制策略下的內相移量D₁，根據預測輸出電壓和參考電壓構建評價函數J，對評價函數J進行求導處理，得到雙有源全橋DC?DC變換器在電流應力優化雙重相移預測控制策略下的外相移量D₂。本發明的方法具有動態響應快、效率高、控制過程簡單且易于數字實現等優點，具有很強的實用性。

技術領域

本發明涉及電力電子的技術領域，具體為一種雙有源全橋DC-DC變換器的電流應力優化雙相移控制方法。

背景技術

雙有源全橋DC-DC變換器由于其具有功率密度高、電氣隔離、能量雙向流動和容易實現軟開關等諸多優點，而被廣泛應用于電動汽車、光伏發電、不間斷電源和儲能等技術領域。

目前，雙有源全橋DC-DC變換器有兩種常用的控制方式：

脈寬調制控制，該方法簡單且易于實現，但由于全橋逆變輸出交流電壓的有效值只能低于輸入直流電壓，因此其調壓范圍受到限制。除此，該方法控制下變換器的動態特性較差。

相移控制，在該控制方法下，變換器系統慣性小、動態響應快且容易實現軟開關。但是在單相移控制中，由于控制量僅為兩個H橋輸出的方波電壓之間的相移量，而變換器主要通過變壓器漏感(或串聯輔助電感)來傳輸能量。因此，當輸入電壓與輸出電壓不匹配時，變換器的電感電流應力會大大增加，過大的電流應力會導致變換器損耗增加、效率下降甚至開關器件的損壞。為了減小電流應力，多種電流應力優化方法被提出，所提出的優化方法雖然可以有效地減小電流應力，但是優化方法的控制結構均較為復雜，同時變換器的功率控制僅僅通過傳統的PI控制來實現，導致變換器的動態響應較慢。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提供一種能夠解決現有電流應力優化控制算法中動態響應慢和控制結構復雜等問題的雙有源全橋DC-DC變換器的電流應力優化雙相移控制方法。技術方案如下：

一種雙有源全橋DC-DC變換器的電流應力優化雙相移控制方法，包括：

S1：根據雙有源全橋DC-DC變換器輸出電壓的平均模型，構建變換器輸出電壓的狀態平均空間方程：

其中，C₂為輸出側電容，U_o為輸出電壓，f為開關頻率，L為輔助電感，R為負載電阻，U_in為變換器的輸入電壓，D₁、D₂分別為變換器在雙重相移控制下的內相移量和外相移量；

S2：對所述變換器輸出電壓的狀態平均空間方程進行離散化處理，并根據離散化處理后的變換器輸出電壓的狀態平均空間方程，計算得到變換器在下一個控制周期內輸出電壓的預測值：

其中，U_o(t_k)、U_in(t_k)、i_o(t_k)分別為t_k時刻變換器的采樣輸出電壓、輸入電壓和輸出電流；U_o(t_k+1)為t_k+1時刻所預測的變換器輸出電壓；