[發明專利]雙向雙有源全橋變換器及其線性化直接功率控制方法

有效

• 申請號: 202011204701.9
• 申請日: 2020-11-02
• 公開（公告）號: CN112583276B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 孫向東;黃伯雄;黃天宇;王之軒
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M1/088
• 代理公司: 北京國昊天誠知識產權代理有限公司 11315
• 代理人: 楊洲

雙向雙有源全橋變換器，第一直流電壓V1的兩端與濾波電容C1并聯；第一橋路的輸出端A1與電感Lr的一端相連，Lr的另一端與變壓器T1原邊的同名端相連；輸出端B1端與變壓器T1原邊的異名端相連；第三橋路的輸出端A2與變壓器T1副邊的同名端相連；第四橋路的輸出端B2；輸出端B2與變壓器T1副邊的異名端相連；控制方法是給定功率與計算出的變換器功率經過牛頓迭代法得到一個可以補償功率與移相比之間非線性的參數調制度，再采集變換器原邊和副邊電壓，利用三重移相調制算法得到三重移相占空比，經過脈沖發生器產生開關管的驅動脈沖，控制變換器正常工作；可快速維持系統按照給定功率運行，提高系統的動態響應速度。

技術領域

本發明屬于特種開關電源技術領域，具體涉及雙向雙有源全橋變換器及其線性化直接功率控制方法。

背景技術

雙向雙有源全橋(DualActive Bridge,DAB)變換器能靈活控制不同直流電壓等級之間的能量雙向傳輸，同時因其具有電氣隔離、功率密度高、控制方式靈活以及模塊容易級聯等優點，受到了廣泛的關注。因此，在電動汽車與電網互動、儲能系統充放電、電力電子變壓器等領域具有巨大的應用潛力。但雙向DAB變換器是一個多變量強耦合的非線性系統，直接對控制器進行設計難度比較大，需要對變換器進行非線性解耦，使得系統可以轉換為一個易于設計的線性系統，因此如何簡化控制器的設計來提高系統的動靜態性能逐漸成為研究熱點。

目前，雙向DAB變換器大多采用電壓電流雙閉環PI控制策略，其PI控制器根據給定值與實際值構成偏差，將比例和積分通過線性組合構成控制量，對被控對象進行控制。而采用移相調制的雙向DAB變換器傳輸功率與移相比之間是一種非線性關系，使得固定PI參數難以適應各種工況，因而采用傳統的PI控制難以滿足系統在各種參數變化時的動態性能要求。應用于雙向DAB變換器的調制方法主要是移相調制，其中的三重移相調制擁有三個自由度，使得變換器運行模式更加靈活多樣，以達到更優的控制效果。三重移相調制可以減小變換器的無功功率以及通態損耗，從而可以有效提升變換器的效率。

發明內容

為克服上述現有技術的不足，本發明的目的是提供雙向雙有源全橋變換器及其線性化直接功率控制方法，該控制方法是給定功率與計算出的變換器功率經過牛頓迭代法得到一個可以補償功率與移相比之間非線性的參數調制度，再采集變換器原邊和副邊電壓，利用三重移相調制算法得到三重移相占空比，經過脈沖發生器產生開關管的驅動脈沖，控制變換器正常工作；利用本發明所提的方法，當變換器運行參數變化時，可以保證系統輸出功率總能快速跟隨給定功率，提高系統的動態性能，解決傳統的PI控制難以滿足系統在各種參數變化時的動態性能要求以及非線性控制器設計難度較大的問題。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

雙向雙有源全橋變換器，包括有第一直流電壓V1，第一直流電壓V1的兩端與濾波電容C1并聯連接；第一橋路由功率開關管Q1和功率開關管Q2組成，第二橋路由功率開關管Q3和功率開關管Q4組成；功率開關管Q1的集電極和功率開關管Q3的集電極連接在一起，并與第一直流電壓V1的正極相連；功率開關管Q2的發射極和功率開關管Q4的發射極連接在一起，并與第一直流電壓V1的負極相連；功率開關管Q1的發射極與功率開關管Q2的集電極相連，作為第一橋路的輸出端A1；功率開關管Q3的發射極與功率開關管Q4的集電極相連，作為第二橋路的輸出端B1；輸出端A1與電感Lr的一端相連，Lr的另一端與變壓器T1原邊的同名端相連；輸出端B1端與變壓器T1原邊的異名端相連；第三橋路由功率開關管Q5和功率開關管Q6組成，第四橋路由功率開關管Q7和功率開關管Q8組成；第二直流電壓V2的兩端與濾波電容C2并聯連接；功率開關管Q5的集電極和功率開關管Q7的集電極連接在一起，并與第二直流電壓V2的正極相連；功率開關管Q6的發射極和功率開關管Q8的發射極連接在一起，并與第二直流電壓V2的負極相連；功率開關管Q5的發射極與功率開關管Q6的集電極相連，作為第三橋路的輸出端A2；功率開關管Q7的發射極與功率開關管Q8的集電極相連，作為第四橋路的輸出端B2；輸出端A2與變壓器T1副邊的同名端相連；輸出端B2與變壓器T1副邊的異名端相連。