[發明專利]一種高可靠的雙有源橋穩態控制方法及變換器

在審

• 申請號: 202210199633.4
• 申請日: 2022-03-01
• 公開（公告）號: CN114553008A
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 王來利;靳浩源;溫浚鐸;董曉博;孔航
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M1/36
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 張宇鴿

本發明一種高可靠的雙有源橋穩態控制方法及變換器，實現高可靠離散閉環控制和DAB上電初期的軟啟動，控制過程操作簡單，穩定性高，安全性好，適用范圍廣。包括：在本次閉環控制DAB原邊開關管的驅動信號上升沿，更新PWM信號的設定值，更新DAB的移相時間為上一次閉環控制計算得到的DAB的移相時間；基于ADC采樣采集本次閉環控制DAB的輸出電壓，根據輸出電壓和預期輸出電壓計算獲得本次閉環控制的誤差信號；基于增量式離散PI算法，根據誤差信號計算本次閉環控制DAB的移相時間；實時檢測DAB的輸入電壓，若輸入電壓不小于閾值，則開啟下一次閉環控制，重復上述步驟直至輸入電壓小于預設輸入電壓參考值，穩態控制完成。

技術領域

本發明涉及變壓器、整流器和電感器制造技術領域，具體為一種高可靠的雙有源橋穩態控制方法及變換器。

背景技術

電力電子變壓器較之于傳統變壓器具有工作效率高，體積重量輕，輸入輸出可控等優點，其革命性的技術突破以及由此帶來的優勢已經引起各領域科研工作者極大的關注。電力電子變壓器可對其原、副邊電力電子變換器的拓撲結構進行靈活設計進而實現多樣性控制，實現對原、副邊電壓幅值和相位的差異化控制，靈活調節原、副方電壓、電流和功率，從而滿足各領域不同的應用需求。目前階段，電力電子變壓器涉及的應用領域主要包括：鐵路牽引供電系統、配電網、能源互聯網等。1991年，R.M.Dedoncker與D.M.Divan在基于軟開關技術在直流變換器中的研究成果基礎上，提出了以移相控制理論為基礎的單相拓撲結構的隔離型雙有源橋DC-DC變換器(Dual Active Bridge，DAB)。該變換器實現了輸入輸出之間的隔離，且可以傳遞較大功率，裝置功率密度高，整體效率高。

控制方法是DAB的重要研究方向之一。單移相(Simple Phase Shift，SPS)控制是DAB中使用最廣泛的控制方式。在SPS控制中，只需要控制移相比，便可以簡單地控制功率方向和大小。SPS控制由于其慣性小，動態特性好，易于實現軟開關控制等優點而受到越來越多的關注。為了使DAB裝置輸出滿足給定要求，需要對移相時間進行準確控制。

實現對DAB移相時間的控制在硬件上常使用數字信號處理器(Digital SignalProcessor，DSP)作為控制器，其相較于模擬信號處理系統其具有可拓展性強、精度高、穩定性好、編程簡單同時集成方便等優勢；而在控制方法上常使用兩種方法，即開環控制與閉環控制。其中開環控制無檢測反饋環節，其控制策略簡單，但其沒有自動修正或補償的能力，同時系統穩定性差、動態響應能力弱，同時控制精度較低，因此在工業控制中常采用閉環控制，以達到動態響應快、控制精度高、抗擾能力強的特點。但由于DSP的內部計算具有離散化的特征，直接采用傳統模擬信號處理系統的連續采樣并進行連續PI計算在控制系統中無法實現。而這將導致DAB無法長時間穩定工作。因此研究一種針對于DAB的離散閉環控制方式對DAB的高可靠性運行具有十分重要的意義。

此外，對于使用閉環控制且工作在高功率應用環境下的DAB而言，如果在初始電壓為0V時直接啟動閉環控制，則由于輸出電壓檢測值與參考值之間差距過大，會使得啟動時原邊電源電流過大甚至超過電源電流限制，嚴重時電路中導線與開關管會因過流而損壞。

發明內容

為了解決現有技術中存在的問題，本發明提供一種高可靠的雙有源橋穩態控制方法及變換器，能夠實現對DAB的高可靠離散閉環控制，保證DAB穩態工作的持續穩定運行，同時實現DAB電初期的軟啟動，控制過程操作簡單，穩定性高，安全性好，適用范圍廣。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種高可靠的雙有源橋穩態控制方法，包括如下步驟：

S1啟動閉環控制，在本次閉環控制DAB變換器原邊開關管的驅動信號上升沿，通過更新PWM信號的設定值，將DAB變換器的移相時間更新為上一次閉環控制計算得到的DAB變換器的移相時間；

S2基于ADC采樣采集本次閉環控制DAB變換器的輸出電壓，根據采集的輸出電壓和預期輸出電壓計算獲得本次閉環控制的誤差信號；