三重移相调制下DAB变换器全功率范围统一ZVS控制策略

双有源全桥(dual active bridge,DAB)直流变换器有多种调制方式,采用三重移相(triplephaseshift,TPS)调制方式时,有3个控制量,更加灵活。该文分析TPS调制方式下DAB变换器的开关模式及工作波形,推导出在不同工作模式下实现各器件软开关All-ZVS(zero voltage switching)的控制变量约束条件,得到实现All-ZVS的可行域。在此基础上与已有的电感电流有效值最优化控制算法结合,提出一种电流有效值准最优化的All-ZVS控制策略。该策略在全功率范围和双向功率传输下改善了器件的工作条件,在减小导通损耗的前提下进一步消除了开关损耗,大大提高了效率,在低功率段的效率提升尤为明显,有利于进一步提升变换器的开关频率和功率密度。最后搭建实验平台进行验证,实验结果验证了理论分析的有效性。     

双有源桥变换器电感电流的全局最优控制建模

为改善双有源桥(DAB) DC/DC变换器的工作性能,减小功率损耗,对电感电流的优化策略进行研究.通过分析双重移相(DPS)控制的DAB DC/DC变换器在全局条件下的各种工作模式,并建立了其数学模型.据此,使用拉格朗日乘数法求解各模式下实现最优电感电流的移相比组合,同时推导出由电压转换比和给定传输功率确定变换器运行模式的规则,以此提出一种使电感电流实现全局最优的控制模型.最后,基于Matlab/Simulink的仿真平台及TC212控制器搭建的实验平台进行验证,结果证明该控制模型可在全局范围内有效降低变换器的电感电流.     

双重移相控制的双主动全桥变换器全局电流应力分析及优化控制策略

为了减小双主动全桥(DAB)变换器的功率损耗,考虑全局范围内不同传输功率及输入输出电压调节比,提出一种双重移相电流应力优化控制策略,通过分段优化两侧全桥内移相角和桥间外移相角,保证变换器全局范围内电流应力最优。首先对比分析传统单移相、扩展移相和双重移相传输功率特性,得出双重移相功率传输范围及灵活性优势明显,进一步建立双重移相控制所有运行模态的电感电流应力与电压调节比、传输功率及移相角之间的数学关系。在此基础上,推导得出所有模态下变换器工作在最优电流应力状态的移相角条件,并研究优化控制策略的实现方案。搭建5kW实验样机,进行全功率范围内应力与效率对比实验,实验结果验证了所提控制策略的可行性和优越性。     

应用于可再生能源系统的DAB变换器软开关调制策略

双有源桥(DAB)直流变换器是理想的大功率双向DC/DC变换器,是电能路由器系统与储能单元实现能量双向传输的核心装置。为实现变换器软开关以达到改善开关器件工作条件和提升功率传输效率,文中分析了采用三重移相(TPS)调制的工作原理。通过分析TPS调制方法下DAB变换器的开关模式及工作波形,得到变换器实现软开关的条件,并与已有的电感电流有效值最优化控制算法结合,提出了一种全功率范围内实现全部器件软开关的调制策略。最后搭建实验平台进行验证,实验结果证明了所提出调制策略的有效性。     

双重移相控制下的双向全桥DC-DC变换器最小电流应力分段优化控制

为了减小双向全桥(dual-active-bridge, DAB)DC-DC变换器的电流应力,提升变换器的效率,提出了一种DAB变换器在双重移相控制下的电流应力分段优化控制策略。该策略首先分析了DAB变换器的结构及其功率特性,推导得到了电流应力与传输功率、移相角之间的关系。然后针对输入输出电压不匹配的情况,对DAB变换器的电流应力进行了分段优化,通过将传输功率分段得到了DAB变换器在不同传输功率范围下的最优移相角。将所提控制策略与传统双重移相控制策略对比分析,发现所提控制策略具有更小的电流应力和回流功率,减少了变换器的导通损耗,提升了变换器的效率。当负载发生突变时,DAB变换器的动态性能得到了大幅提升。最后基于所提控制策略搭建了实验样机,实验结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

基于扩展移相的双有源桥变换器复合优化控制策略

现有双有源桥(dual active bridge,DAB)变换器的扩展移相(extended phase shift,EPS)控制优化策略存在数学模型不完整、工作模式不全面、优化目标单一、无法在线优化等问题。为此在全面分析EPS的工作模式和各模式传输功率、回流功率及电流应力数学模型的基础上,提出了一种EPS控制的回流功率和电流应力复合优化控制策略,优化目标是在保证回流功率最小的前提下优化电流应力,在分析比较不同工况下各模式性能优劣的基础上,根据优化目标选取部分模式采用有约束极值求解法得出复合最优控制路径,进而设计了EPS复合优化闭环控制器。最后,通过实验对所提控制策略进行了验证。实验结果表明,与已有控制策略相比较所提出控制策略降低了DAB变换器的回流功率和电流应力,提升了DAB变换器效率。     

基于扩展移相的双有源桥变换器复合优化控制策略

现有双有源桥(dual active bridge,DAB)变换器的扩展移相(extended phase shift,EPS)控制优化策略存在数学模型不完整、工作模式不全面、优化目标单一、无法在线优化等问题。为此在全面分析EPS的工作模式和各模式传输功率、回流功率及电流应力数学模型的基础上,提出了一种EPS控制的回流功率和电流应力复合优化控制策略,优化目标是在保证回流功率最小的前提下优化电流应力,在分析比较不同工况下各模式性能优劣的基础上,根据优化目标选取部分模式采用有约束极值求解法得出复合最优控制路径,进而设计了EPS复合优化闭环控制器。最后,通过实验对所提控制策略进行了验证。实验结果表明,与已有控制策略相比较所提出控制策略降低了DAB变换器的回流功率和电流应力,提升了DAB变换器效率。     

宽输入电压双有源桥变换器电流有效值最小控制方法研究

针对三重移相(triplephaseshift,TPS)控制下双有源全桥(dual active bridge,DAB)变换器定参数控制不能适应输入电压宽范围变化,参数不匹配导致漏感电流增大的问题,该文以漏感电流有效值最小为控制目标,提出一种变参数控制策略。通过对变换器工作模式的划分及各个模式下功率特性和软开关特性的分析,推导出等效电压变比全范围变化时控制变量间统一最优关系式。该控制策略实时计算等效电压变比,利用统一最优关系式,在输入电压变化时实时更新控制变量,使得变换器参数始终匹配,漏感电流有效值最小,所有开关管在全功率范围和宽电压范围内实现软开关。最后,基于SiC器件建立15k WDAB变换器实验平台,实验结果验证了所提控制策略在2倍输入电压范围内均满足电流有效值最小的控制目标,整机效率在大范围内达到95%以上,最高效率达到97.4%。     

双有源桥变换器电流应力优化

由于传统单移相（SPS）控制下双有源桥（DAB）DC/DC变换器仅有一个自由度,在输入、输出电压不匹配时,存在较大电感电流应力。在双重移相（DPS）控制策略的基础上,分析了两种工作模式下传输功率与电流应力的特性。提出了自适应步长法以优化电感电流应力,以减少传统优化策略所需的离线计算量。最后通过搭建实验样机验证了控制策略的有效性。     

双重移相控制与传统移相控制相结合的双有源桥式DC-DC变换器优化控制策略

为减小双有源桥式DC-DC变换器的功率损耗,提出一种双重移相加传统移相控制的优化控制策略,保证漏感电流有效值最小,同时使得所有开关管实现零电压开通(ZVS)软开关。首先分析变换器在传统移相和双重移相下的传输功率特性和软开关范围。在此基础上,通过建立漏感电流有效值、传输功率及软开关条件的数学模型,得出一条最优控制轨迹。该轨迹确保变换器工作于最小电流有效值状态且可以实现ZVS软开关,从而显著减小系统的导通损耗和开关损耗,实现了双有源桥变换器的优化控制。实验结果验证了理论分析的正确性和控制策略的有效性。     

多电飞机双向直流变换器的电流应力优化策略

双向直流变换器在多电飞机电源系统中有着重要的应用,为提高双有源桥双向直流变换器效率,提出一种基于双重移相模态组合控制的优化控制策略。为降低变换器电流应力,提高变换器效率,在推导不同模态下变换器电感电流、传输功率及电流有效值数学表达式的基础上,利用拉格朗日方程求取在不同模态、不同电压调节比下使得电感峰值电流最小的移相比函数。通过仿真对比研究双重移相模态组合优化控制及单移相、拓展移相控制、双重移相单模态1控制方式下的电感峰值电流及电流有效值。对比分析表明,双重移相模态组合优化控制不仅减小了系统电流应力,而且降低了变换器电流有效值,在提高系统效率方面更具优势。     

基于矩阵变压器的全移相双有源全桥直流变换器的电流应力优化方法EI北大核心CSCD

针对传统单一移相策略下,双有源全桥(dualactive bridge,DAB)变换器无法真正实现全局最优电感电流应力的问题,提出一种基于矩阵变压器的全移相调制优化算法。全面分析由3个移相自由度组成的6种移相模式对电感电流应力的影响,并结合传输功率的数学模型得出所有电压传输比对应的全局最优解。使用一种低压侧并联高压侧串联的新型矩阵变压器结构,并分析由此结构引入的第4个移相角对优化结果的影响。最后通过直接功率控制将调制优化算法应用到此拓扑中。仿真和实验结果表明,提出的调制优化算法可以使得DAB变换器全局电感电流应力最优,提高工作效率,在轻载时能够实现软开关。     

三相双有源桥DC/DC变换器辅助电感参数设计

三相双有源桥(DAB)DC/DC变换器因为其单机功率大,功率密度高,滤波电容小等优点而成为研究的热点。其中,变换器中辅助电感的参数选取对于变换器的安全可靠运行极为关键。针对这个问题,从回流功率、电流应力、电流有效值这些影响因素出发,得出等效串联电感(包括变压器漏感和辅助电感)与三者之间的影响及制约规律,并从中推导出三相DAB DC/DC变换器辅助电感的设计依据和设计方法。最后,搭建了一款15 kW的工程样机进行实验验证,实验结果验证了所提辅助电感参数设计方法的有效性。     

基于隔离型双有源桥DC-DC变换器的三变量快速暂态电流控制

基于双有源桥式DAB（dual active bridge）DC-DC变换器提出了一种快速暂态电流控制策略,该控制策略具有3个控制变量。当负载或传输功率指令发生突变时,暂态快速电流控制策略能改善变换器的动态特性,在一个开关周期内使电感电流快速达到新的稳态,并能有效减小暂态过程中电感电流的直流偏置,防止变压器磁饱和。另外,使用叠加定理分析了DAB的稳态和暂态特性,根据分析结果,所提快速暂态电流快速控制策略能在1个开关周期内让变换器从一个稳态到另一稳态。最后,搭建功率等级为300 W的实验平台,通过实验验证了理论分析的正确性。     

双向全桥DC-DC变换器基于电感电流应力的双重移相优化控制

通过分析双向全桥DC-DC变换器采用单移相和双重移相控制的工作原理,推导出了两种控制方式下变换器电感电流应力与传输功率、输入与输出电压调节比及移相角比之间的数学关系。为了有效降低变换器电流应力,针对不同的传输功率及电压调节比,通过寻优求得使电感电流应力达到最小的最优移相角。据此提出一种双向全桥DC-DC变换器双重移相优化控制策略,在实现输出电压闭环控制的同时使变换器电流应力达到最小。采用该优化控制策略,双重移相控制的电流应力始终小于单移相控制,并且当变换器工作在轻载且电压调节比较大时,该优化控制策略的优势更加突出。搭建了实验样机,对理论分析进行了验证,并与传统单移相控制进行了对比。实验结果验证了所提出最优控制策略的有效性与可行性。     

基于扩展移相控制的双向有源桥变换器回流功率优化

为了更好地将分布式电源与负荷接入直流配电网,并提升功率传输效率,针对双向有源桥(dualactivebridge,DAB)变换器的运行控制,研究其回流功率的优化控制技术策略。建立基于扩展移相控制的DAB变换器的传输功率与回流功率数学模型,详细阐述回流功率的产生机理,在传输功率特性中引入电路的回流功率特性。其次,分析不同电压转换比下,回流功率与传输功率的耦合关系,提出DAB变换器的回流功率最优控制模型。搭建DAB变换器的实验样机,分析最优回流功率控制下的变换器工作特性,对比研究不同控制策略下DAB内部的回流功率,验证了所提回流功率最优控制模型的有效性。     

双向直流隔离变换器功率回流的分析及消除

双向隔离全桥DC-DC变换器在直流微网等场合被广泛应用,传统单移相和双重移相控制使得变换器中出现功率回流现象。为消除双向变换器的回流功率,提出一种电感电流过零控制策略。建立双向变换器的功率传输模型,分析电感电流过零控制原理和变换器的工作状态,并设计电感电流过零控制系统。基于FPGA搭建硬件实验平台,验证了所提控制策略消除回流功率的有效性。     

基于傅里叶级数建模的双有源桥DC-DC变换器电流有效值分析

采用傅里叶级数求和的方法建立双有源桥DC-DC变换器在移相控制下统一的数学模型,针对双有源桥DC-DC变换器直流侧电压不匹配时在传统单移相控制方式下电感电流有效值过大的问题,提出了优化电感电流有效值的双重移相控制方式。对工作在升压、降压、电压平衡状态下的双有源桥DC-DC变换器在传统单移相、双重移相控制方式下电感电流有效值随传输有功功率变化的情况进行对比分析。在此基础上根据变换器工作在升压、降压状态,提出对应的双重移相控制方式,以达到优化电感电流有效值的目的,使工作在该状态下的变换器具有更小的通态损耗,提高了变换器的效率。实验验证了该双重移相控制方式的有效性和优越性。     

基于动态矩阵控制的DAB变换器电流应力与回流功率优化方法

针对双重移相控制的双有源桥(DAB)变换器存在的电流应力和回流功率问题,建立了电流应力和回流功率的权重优化函数,其设计原则为保证电流应力抑制效果并同时减小回流功率.分析了权重因子的优化选取过程,从而获取2种工作模式下DAB变换器的内、外移相比.为了改善DAB变换器输出电压的动态响应性能,提高负载适应性和鲁棒性,提出了基于动态矩阵控制的电压预测控制方法.最后,结合StarSim实时仿真机和DSP芯片搭建了DAB变换器的半实物实验平台,实验结果验证了所提控制策略在提高DAB变换器电压动态响应性能、抑制电流应力和减小回流功率方面的有效性和正确性.     

电力电子变压器的双有源全桥DC-DC变换器模型预测控制及其功率均衡方法

该文以电力电子变压器中的输出端并联双有源(dual active bridge,DAB)全桥DC-DC变换器为研究对象,针对其动态响应慢及传输功率不均衡问题,提出一种模型预测控制策略及其功率均衡方法。同时,为了增强控制算法的灵活性,借鉴于直接电流控制的思想,提出无负载电流传感器的模型预测控制策略。最后,搭建以TMS320F28335+FPGA_6SLX45为核心控制器三单元输出并联DAB的实验样机,对所提出的模型预测控制及其功率均衡方法和传统闭环电压制以及负载电流前馈控制进行对比实验验证。实验结果表明:该方法不仅可实现各个DAB模块的传输功率均衡,同时可显著地提高变换器对于输入电压突变和负载突变时的动态特性。此外,当负载电流传感器损坏或缺省时,变换器仍然可以保持良好的动态特性并实现传输功率均衡。