[發(fā)明專利]級聯(lián)雙有源橋DC-DC變換器的最小電流應(yīng)力控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810567928.6
• 申請日: 2018-06-05
• 公開（公告）號: CN108809103B
• 公開（公告）日: 2019-11-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張興;郭華越;趙文廣;高帥;王付勝
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 合肥和瑞知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺

1.一種級聯(lián)雙有源橋DC-DC變換器的最小電流應(yīng)力控制方法，其特征在于，應(yīng)用該控制方法的級聯(lián)雙有源橋DC-DC變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括直流電壓源、n個拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相同的雙有源橋DC-DC變換器、負(fù)載電阻R；所述雙有源橋DC-DC變換器由一個輸入電容C_i1(i＝1,2,…n)，一個原邊H橋H_i1(i＝1,2,…n)，一個等效電感L_i(i＝1,2,…n)，一個高頻變壓器T_i(i＝1,2,…n)，一個副邊H橋H_i2(i＝1,2,…n)，一個輸出電容C_i2(i＝1,2,…n)；所述原邊H橋H_i1由四個開關(guān)管、四個反并聯(lián)二極管組成，四個開關(guān)管分別記為S_i1(i＝1,2,…n)、S_i2(i＝1,2,…n)、S_i3(i＝1,2,…n)、S_i4(i＝1,2,…n)，四個反并聯(lián)二極管分別記為W_i1(i＝1,2,…n)、W_i2(i＝1,2,…n)、W_i3(i＝1,2,…n)、W_i4(i＝1,2,…n)；所述副邊H橋H_i2由四個開關(guān)管、四個反并聯(lián)二極管組成，四個開關(guān)管分別記為S_i5(i＝1,2,…n)、S_i6(i＝1,2,…n)、S_i7(i＝1,2,…n)、S_i8(i＝1,2,…n)，四個反并聯(lián)二極管分別記為W_i5(i＝1,2,…n)、W_i6(i＝1,2,…n)、W_i7(i＝1,2,…n)、W_i8(i＝1,2,…n)；

所述直流電壓源的正極與第一個雙有源橋DC-DC變換器輸入電容C₁₁正端相連，n個雙有源橋DC-DC變換器的輸入側(cè)串聯(lián)，第n個雙有源橋DC-DC變換器輸入電容C_n1負(fù)端與直流電壓源的負(fù)極相連，n個雙有源橋DC-DC變換器的輸出側(cè)并聯(lián)后再與負(fù)載電阻R并聯(lián)；

所述控制方法包括如下步驟：

步驟1，將n個雙有源橋DC-DC變換器中的任一個雙有源橋DC-DC變換器記為變換器i(i＝1,2,…n)，采樣輸出電壓U_O、直流電壓源的輸入電壓U_IN和變換器i的輸入側(cè)電壓U_i(i＝1,2,…n)，并計算得到變換器i的電壓傳輸比K_i(i＝1,2,…n),K_i＝U_i/N_iU_O(i＝1,2,…n)，其中N_i為高頻變壓器T_i的變比；

步驟2，先將輸出電壓給定值U_ref與步驟1采樣得到的輸出電壓U_O作差得到輸出電壓誤差信號ΔU_O,ΔU_O＝U_ref-U_O,然后將輸出電壓誤差信號ΔU_O作為PI調(diào)節(jié)器M的輸入，PI調(diào)節(jié)器M的輸出為基準(zhǔn)傳輸功率p，所述PI調(diào)節(jié)器M為比例積分調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)G_PIM(S)表達(dá)式為：

其中，S為拉普拉斯算子，k_PM為PI調(diào)節(jié)器M的比例系數(shù)，k_IM為PI調(diào)節(jié)器M的積分系數(shù)；

步驟3，先將變換器i的輸入側(cè)電壓指令值U_Iref與步驟1采樣得到的變換器i輸入側(cè)電壓U_i作差得到輸入電壓誤差信號ΔU_i(i＝1,2,…n)，ΔU_i＝U_Iref-U_i，式中然后將輸入電壓誤差信號ΔU_i作為PI調(diào)節(jié)器i(i＝1,2,…n)的輸入，PI調(diào)節(jié)器i的輸出為變換器i的調(diào)節(jié)功率Δp_i(i＝1,2,…n)，所述PI調(diào)節(jié)器i為比例積分調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)G_PIi(S)表達(dá)式為；

其中i＝1,2,…n，S為拉普拉斯算子，k_Pi為PI調(diào)節(jié)器i的比例系數(shù)，k_Ii為PI調(diào)節(jié)器i的積分系數(shù)；

步驟4，將步驟2得到的基準(zhǔn)傳輸功率p與步驟3得到調(diào)節(jié)功率Δp_i作差得到變換器i的傳輸功率p_i(i＝1,2,…n)，p_i＝p-Δp_i，限幅0≤p_i≤1；

步驟5，根據(jù)步驟4得到的傳輸功率p_i和步驟1得到的電壓傳輸比K_i，確定變換器i的原邊H橋H_i1的橋內(nèi)移相比D_i1(i＝1,2,…n)、變換器i的橋間移相比D_i2(i＝1,2,…n)、變換器i的副邊H橋H_i2(i＝1,2,…n)的橋內(nèi)移相比D_i3(i＝1,2,…n),

若p_i＜p_mi，則：

若p_i≥p_mi，則：

其中，p_mi(i＝1,2,…n)為變換器i的臨界功率，

步驟6，根據(jù)三重移相控制方法，分別以開關(guān)管S_i1、開關(guān)管S_i2的驅(qū)動信號Q_i1和Q_i2為基準(zhǔn)，通過步驟5得到的原邊H橋H_i1的橋內(nèi)移相比D_i1、橋間移相比D_i2、副邊H橋H_i2的橋內(nèi)移相比D_i3，生成分別與開關(guān)管S_i3、開關(guān)管S_i4、開關(guān)管S_i5、開關(guān)管S_i6、開關(guān)管S_i7、開關(guān)管S_i8相對應(yīng)的驅(qū)動信號Q_i3、Q_i4、Q_i5、Q_i6、Q_i7和Q_i8，并通過開關(guān)管S_i1的驅(qū)動信號Q_i1、開關(guān)管S_i2的驅(qū)動信號Q_i2、開關(guān)管S_i3的驅(qū)動信號Q_i3、開關(guān)管S_i4的驅(qū)動信號Q_i4、開關(guān)管S_i5的驅(qū)動信號Q_i5、開關(guān)管S_i6的驅(qū)動信號Q_i6、開關(guān)管S_i7的驅(qū)動信號Q_i7和開關(guān)管S_i8的驅(qū)動信號Q_i8驅(qū)動各個開關(guān)管，使得輸入側(cè)電壓U_i和輸出電壓U_o分別穩(wěn)定在輸入側(cè)電壓指令值U_Iref、輸出電壓給定值U_ref；

所述三重移相控制方法的具體內(nèi)容包括：

(1)n個雙有源橋DC-DC變換器的開關(guān)周期T_S相同；開關(guān)管S_i1的驅(qū)動信號Q_i1相位完全相同，開關(guān)管S_i2的驅(qū)動信號Q_i2相位完全相同；

(2)同一個雙有源橋DC-DC變換器中,開關(guān)管S_i1與S_i2、開關(guān)管S_i3與開關(guān)管S_i4、開關(guān)管S_i5與開關(guān)管S_i6、開關(guān)管S_i7與開關(guān)管S_i8互補(bǔ)導(dǎo)通；

(3)以開關(guān)管S_i1的驅(qū)動信號Q_i1為基準(zhǔn)，將得到的原邊H橋H_i1的橋內(nèi)移相比D_i1、橋間移相比D_i2、副邊H橋H_i2的橋內(nèi)移相比D_i3生成分別與開關(guān)管S_i4、開關(guān)管S_i5、開關(guān)管S_i8相對應(yīng)的驅(qū)動信號Q_i4、Q_i5、Q_i8，且：

同一個變換器中，開關(guān)管S_i4的驅(qū)動信號Q_i4滯后于開關(guān)管S_i1的驅(qū)動信號Q_i1，滯后時間為原邊移相時間T_i1(i＝1,2,…n)，

同一個變換器中，開關(guān)管S_i5的驅(qū)動信號Q_i5滯后于開關(guān)管S_i1的驅(qū)動信號Q_i1，滯后時間為橋間移相時間T_i2(i＝1,2,…n)，

同一個變換器中，開關(guān)管S_i8的驅(qū)動信號Q_i8(i＝1,2,…n)滯后于開關(guān)管S_i1的驅(qū)動信號Q_i1，滯后時間為副邊移相時間T_i3(i＝1,2,…n)，

(4)以開關(guān)管S_i2的驅(qū)動信號Q_i2為基準(zhǔn)，將得到的原邊H橋H_i1的橋內(nèi)移相比D_i1、橋間移相比D_i2、副邊H橋H_i2的橋內(nèi)移相比D_i3生成分別與開關(guān)管S_i3、開關(guān)管S_i6、開關(guān)管S_i7相對應(yīng)的驅(qū)動信號Q_i3、Q_i6、Q_i7，且：

同一個變換器中，開關(guān)管S_i3的驅(qū)動信號Q_i3滯后于開關(guān)管S_i2的驅(qū)動信號Q_i2，滯后時間為原邊移相時間T_i1，

同一個變換器中，開關(guān)管S_i6的驅(qū)動信號Q_i6滯后于開關(guān)管S_i2的驅(qū)動信號Q_i2，滯后時間為橋間移相時間T_i2(i＝1,2,…n)，

同一個變換器中，開關(guān)管S_i7的驅(qū)動信號Q_i7滯后于開關(guān)管S_i2的驅(qū)動信號Q_i2，滯后時間為副邊移相時間T_i3，