[發明專利]基于回流功率優化的雙有源橋三重移相控制方法及構造

在審

• 申請號: 202110504217.6
• 申請日: 2021-05-08
• 公開（公告）號: CN113346754A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 何立燦
• 申請（專利權）人: 合肥博鰲電氣科技有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M1/088
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 馬聰

本發明公開了一種基于回流功率優化的雙有源橋三重移相控制方法及構造。回流功率是雙有源橋DC?DC變換器的重要性能指標，影響著系統的效率。本發明是在三重移相的基礎上，提出的一種最小回流功率的控制方法。本發明首先分析了三重移相下的工作模式，列出各種工況下的傳輸功率模型、回流功率模型和軟開關條件，建立KKT方程求解出小功率段和大功率段回流功率最優的移相比表達式。并在考慮軟開關的基礎上，提出一種中功率段求解的方法。所提出的最優控制策略，既保證了系統在滿功率范圍內都能實現回流功率最小又簡化了控制系統的設計。

技術領域

本發明屬于電力電子領域，涉及雙有源橋DC-DC變換器，具體涉及一種基于回流功率優化的雙有源橋三重移相控制方法及構造。

背景技術

雙有源橋DC-DC變換器，是一種雙向DC-DC變換器，不同于利用諧振單元的LLC變換器，由于使用更少的無源器件，也因此有更高的功率密度。適用場合相當廣泛，常用于電動汽車、固態變壓器、航空航天、直流微網等領域。不僅如此，雙有源橋DC-DC變換器具有動態響應速度快、能量可雙向流動，易實現軟開關等諸多優點，針對變換器的研究也就具有重要意義。

在功率傳輸的過程中，電感電流與原邊全橋輸出電壓存在著相位相反的階段。在這段時間內，功率傳輸的方向與總的平均傳輸功率極性相反，這部分功率會回流到原邊電源中，這部分功率即視為回流功率。在傳輸相同功率的前提下，回流功率的存在意味著在能量正向傳輸階段需要傳輸更多的能量，進而使電路電流應力和環流損耗增大，降低了變換器的效率。回流功率的現象在輕載或輸入輸出電壓不匹配的情況下更加明顯。

雙有源橋DC-DC變換器的常見的移相控制策略有單移相SPS，擴展移相EPS，雙重移相DPS以及三重移相TPS。TPS控制下原邊內移相比為D1，副邊內移相比為D3，原副邊外移相比為D2，是移相控制中自由度最高的控制。SPS、EPS和DPS均可視為TPS的特殊情況，因此基于TPS對變換器進行優化則是更全面的。

中國專利“發明人：肖凡，涂春亮，管亮，帥智康，劉貝，蘭征。申請號CN201920741155.9的《基于EPS控制的雙有源橋變換器》”針對EPS控制下的雙有源橋DC-DC變換器的回流功率進行優化，并對移相比進行重新定義，給出了優化后的移相比取值范圍，但并未給出EPS控制下的全局回流功率最優運行軌跡。

題為“雙有源橋DC-DC變換器的回流功率優化控制”《電源技術》，2020，44(02)：277-280+294的文章是針對DPS的回流最優控制分析，這篇文章建立了DPS下的回流功率模型，并根據這個模型求得全局的最優解，但其分析的過程沒有考慮到開關管的軟開關過程，并且其使用的分析方法在大功率段沒有得到解析解，因此分析不夠全面。

上述文獻的方法雖然針對回流功率進行了一定的優化，但仍存在不足之處，因此在考慮軟開關的前提下，基于TPS對變換器的回流功率進行優化是必要的。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述問題，提出的一種基于回流功率優化的雙有源橋三重移相控制方法及構造。該構造及方法是基于三重移相控制，將全局范圍的回流功率將至最低，并在小功率階段和中功率階段，回流功率可以降至0。

本發明采取的技術手段如下：

一種基于回流功率優化的雙有源橋(構造)，雙有源橋DC-DC變換器的拓撲結構包括原副邊兩個H橋，諧振電感Lr，高頻隔離變壓器TF。其匝比為n∶1。原邊H橋包括四個開關管Q1～Q4，其體二極管為D1～D4，結電容為Q1～Q4；副邊H橋包括四個開關管Q5～Q8，其體二極管為D5～D8，結電容為Q5～Q8。

當雙有源橋DC-DC變換器處于穩定工作狀態時，原副邊開關管Q1～Q8的驅動信號S1～S8均為占空比為50％的方波。