[發明專利]一種雙有源全橋DC-DC變換器的軟啟動和輕載控制方法及裝置

在審

• 申請號: 202010625608.9
• 申請日: 2020-07-01
• 公開（公告）號: CN113890321A
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發明（設計）人: 劉可安;尚敬;李炳璋;徐紹龍;甘韋韋;郭維;趙清良;曾明高;何喬;袁芳;丁磊磊;杜超;林超勇;彭學標;羊利芬;莫勁威
• 申請（專利權）人: 株洲中車時代電氣股份有限公司
• 主分類號: H02M1/36
• 分類號: H02M1/36;H02M3/335
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 郭蔚

本發明公開了一種雙有源全橋DC?DC變換器的軟啟動和輕載控制方法及裝置，變換器包括原邊橋的若干開關管和副邊橋的若干開關管，包括：步驟一，在第一個PWM周期內，設定開關管導通占空比D為0.5，原邊橋內移相比D₁為1，原邊橋、副邊橋間外移相比D₂為0，副邊橋內移相比D₃為1；步驟二，獲得輸出參考電壓與輸出電壓之差，通過比例積分調節處理獲得輸出占空比D_P；步驟三，根據輸出占空比D_P判斷不同模式；步驟四，根據輸出占空比生成原邊橋和副邊橋開關管的控制脈沖；步驟五，在未收到停機指令或發生故障情況下，返回步驟二。本發明根據PI調節輸出的范圍靈活選擇工作模式，實現了DAB電路的軟啟動和全負載范圍電壓穩定。

技術領域

本發明涉及電力電子領域的高頻開關電源，尤其是一種雙有源全橋DC-DC變換器的軟啟動和輕載控制方法及裝置。

背景技術

采用具有隔離型的DC-DC變換器(Dual Active Bridge, 簡稱DAB)拓撲結構可以實現不同電壓等級之間的能量傳輸。雙有源全橋DC-DC變換器作為一種高效率的直流變換器，具有功率密度高、寬輸入輸出電壓范圍、結構對稱以及開關器件的電壓電流應力小等優勢，被應用于直流微電網系統和儲能系統中各類中大功率場合。雙有源全橋DC-DC變換器具有三個可控變量，根據這三個變量的組合情況，一般有三類控制方法：傳統單移相控制、雙重移相控制和三重移相控制。

傳統單移相控制或簡稱單移相控制是一種最簡單的控制方式，變壓器原副邊H橋開關器件均按照50％占空比導通，通過控制兩個H橋間的移相角來調節傳輸功率大小和方向。該控制策略簡單，動態響應很快，但是存在較大回流功率，變換器效率較低。

此時變壓器兩側的兩個橋式功率變換單元均是50％占空比導通，通過控制兩個橋式功率變換單元之間的移相角來調節傳輸功率的大小和方向。該控制方式操作簡單，在重載運行下容易實現軟開關，有利于減小開關損耗，提高變換器的開關頻率和整機效率；但當輸入輸出電壓不匹配，變換器在輕載運行時難以實現軟開關，變換器中環路電流較高，存在循環能量，環流損耗增加，變換器效率降低。

在傳統單移相控制的基礎上，雙重移相控制在單移相控制的基礎上，加入高壓側或低壓側H橋內部移相角，相比于單移相控制，增加了一個自由度，可以有效減小電感電流有效值、減小變換器回流功率。

相比于傳統單移相控制，此時增加了一個自由度，因此增加了一個優化目標，這樣可以有效減小電感電流有效值、減小變換器回流功率。但該控制方式不能在全負載范圍內實現軟開關，導致環流損耗增加，且控制系統不易實現，存在不對稱性，系統動態性能差。

三重移相控制為同時控制三個可控變量，除控制兩個橋式功率變換單元之間的移相角來調節傳輸功率的大小和方向外，另外還有兩個可控變量，可實現兩個優化目標。該控制方式可以更好的實現降低變換器的電感電流峰值、有效值和環流功率，對提高系統效率具有明顯的優勢。但是該控制方式也不能實現全負載范圍的軟開關，導致環流損耗增加，且該控制方式下變換器的工作模式較多，相對應的控制系統較為復雜。

三重移相控制同時在兩側H橋內增加移相角，實現更加精確的控制，更好的實現降低變換器的電感電流峰值、有效值和環流功率，對提高系統效率具有明顯的優勢。

為了提高變換器在輕載下的工作效率，也有對雙有源全橋DC-DC變換器的電路拓撲進行改進的方法。

目前DAB變換器的關注熱點集中于優化變換器轉換效率和動態特性，多重移相控制和軟開關實現是提升轉換效率的手段，動態特性則尤其關注啟動過程的電流沖擊問題。

其中，雙重移相和三重移相控制的內移相比必須根據負載狀況進行實時計算，降低DAB環流功率，提高變換器的效率，這也成為DAB研究的重點內容。