[發明專利]雙有源橋變換器最小回流功率雙重雙向內移相控制方法

有效

• 申請號: 201810477531.8
• 申請日: 2018-05-18
• 公開（公告）號: CN108631600B
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發明（設計）人: 張興;高帥;趙文廣;郭華越;王付勝
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 34118 合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 王挺

1.一種雙有源橋變換器最小回流功率雙重雙向內移相控制方法，其特征在于，本控制方法所涉及的雙有源橋變換器的拓撲結構包括直流電壓源、一個輸入電容C_i、一個原邊H橋、一個移相電感L、一個高頻變壓器、一個副邊H橋、一個輸出電容C_o和一個負載電阻R；所述原邊H橋由四個開關管IGBT、四個反并聯二極管和四個寄生電容組成，四個開關管IGBT分別記為開關管IGBTS₁、開關管IGBTS₂、開關管IGBTS₃、開關管IGBTS₄，四個反并聯二極管分別記為D₁、D₂、D₃、D₄，四個寄生電容分別記為C₁、C₂、C₃、C₄；所述副邊H橋由四個開關管IGBT、四個反并聯二極管和四個寄生電容組成，四個開關管IGBT分別記為開關管IGBTS₅、開關管IGBTS₆、開關管IGBTS₇、開關管IGBTS₈，四個反并聯二極管分別記為D₅、D₆、D₇、D₈，四個寄生電容分別記為C₅、C₆、C₇、C₈；

所述直流電壓源與輸入電容C_i并聯之后連接到原邊H橋直流輸入端，原邊H橋交流輸出端a點連接到移相電感L的一端，移相電感L的另一端連接到高頻變壓器原邊的同名端a₁，高頻變壓器原邊的異名端b₁與原邊H橋交流輸出端b點連接；變壓器副邊的同名端c₁與副邊H橋交流輸入端c點連接，變壓器副邊的異名端d₁與副邊H橋交流輸入端d點連接，輸出電容C_o與負載電阻R并聯連接到副邊H橋直流輸出端；

所述控制方法包括如下步驟：

步驟1：采樣輸出電壓U₂，輸入電壓U₁，輸出電流i₂，負載電流i_o；

步驟2：按照以下方式求得輸出功率P,以及輸出功率標幺值p：

P＝U₂×i₀

p＝P/P_B

式中,P_B為基準功率，P_B＝nU₁U_n/(8fL)，n為高頻變壓器的變比，n＝1，U_n為輸出電壓額定值,f為開關頻率，f＝1/T_s,T_s是開關周期，L是移相電感；

步驟3，根據步驟2得到的輸出功率標幺值p和臨界輸出功率p_max的關系，確定雙有源橋變換器的內移相占空比D₁,

若p＜p_max，

若p≥p_max，

式中，k為電壓轉換比,所述的電壓轉換比k定義為輸入電壓U₁和輸出電壓U₂與高頻變壓器變比n乘積的比值，且0<k≤1；

步驟4，將步驟1采樣得到的雙有源橋變換器輸出電壓U₂和電壓外環給定值U^*做差得到電壓誤差信號ΔU，將電壓誤差信號ΔU輸入PI控制器1得到內環給定值i₂^*，然后將內環給定值i₂^*與輸出電流平均值做差得電流誤差信號ΔI,將電流誤差信號ΔI輸入PI控制器2得到外移相占空比D₂；

步驟4.1，先將電壓外環的給定值U^*與步驟1采樣得到的輸出電壓U₂做差得到電壓誤差信號ΔU，ΔU＝U^*-U₂，然后將電壓誤差信號ΔU作為PI控制器1的輸入，得到內環給定值i₂^*；所述PI控制器1為比例積分控制器，其傳遞函數G_PI1(s)的表達式如下：

其中，s為拉普拉斯算子，k_p1為PI控制器1比例項系數，k_i1為PI控制器1積分項系數；

步驟4.2，將步驟4.1得到的內環給定值i₂^*減去輸出電流平均值得電流誤差信號ΔI，其表達式如下：

式中，為輸出電流平均值，m是采樣次數，i_2m為輸出電流i₂第m次的采樣值；

步驟4.3，將步驟4.2得到的電流誤差信號ΔI作為PI控制器2的輸入，得到外移相占空比D₂；所述的PI控制器2為比例積分控制器，其PI控制器傳遞函數G_PI2(s)的表達式如下：

其中，k_p2為PI控制器2比例項系數，k_i2為PI控制器2積分項系數；

步驟5，根據步驟3得到的內移相占空比D₁和步驟4得到的外移相占空比D₂，且令D₁、D₂同時滿足以下三個條件：

0≤D₁≤D₂/2

0≤D₁≤1

0≤D₂≤1

根據雙重雙向內移相調制方法，以開關管IGBTS₁的驅動信號Q₁為基準，生成分別與開關管IGBTS₁、開關管IGBTS₂、開關管IGBTS₃、開關管IGBTS₄、開關管IGBTS₅、開關管IGBTS₆、開關管IGBTS₇、開關管IGBTS₈相對應的驅動信號Q₁、Q₂、Q₃、Q₄、Q₅、Q₆、Q₇、Q₈，驅動各個開關管IGBT，使得輸出電壓U₂維持穩定；

所述雙重雙向內移相調制方法的具體內容包括：

(1)原邊H橋的開關管IGBTS₁、開關管IGBTS₂、開關管IGBTS₃、開關管IGBTS₄的驅動信號Q₁、Q₂、Q₃、Q₄與副邊H橋的開關管IGBTS₅、開關管IGBTS₆、開關管IGBTS₇、開關管IGBTS₈的驅動信號Q₅、Q₆、Q₇、Q₈頻率相同，開關管IGBTS₁與開關管IGBTS₂互補導通，開關管IGBTS₃與開關管IGBTS₄互補導通，開關管IGBTS₅與開關管IGBTS₆互補導通，開關管IGBTS₇與開關管IGBTS₈互補導通；

(2)開關管IGBTS₄的驅動信號Q₄滯后于開關管IGBTS₁的驅動信號Q₁，開關管IGBTS₃的驅動信號Q₃滯后于開關管IGBTS₂的驅動信號Q₂，滯后時間均為T_Δ1，

(3)開關管IGBTS₈的驅動信號Q₈超前于開關管IGBTS₅的驅動信號Q₅，開關管IGBTS₇的驅動信號Q₇超前于開關管IGBTS₆的驅動信號Q₆，超前時間與前述(2)中的滯后時間相同，即超前時間也為T_Δ1，

(4)開關管IGBTS₅的驅動信號Q₅滯后于開關管IGBTS₁的驅動信號Q₁，開關管IGBTS₆的驅動信號Q₆滯后于開關管IGBTS₂的驅動信號Q₂，滯后時間均為T_Δ2，