基于双重移相控制的双有源DC-DC变换器的最优电流控制

针对双有源dc-dc变换器采用传统单移相控制时存在环流功率以及电压不匹配时电流应力过大的缺点,双重移相控制备受青睐。本文首先分析了双重移相控制的所有模态、并以其中一种模态为例分析了双重移相控制的工作原理,分别分析推导得出单移相和双重移相控制方式下双有源dc-dc变换器的传输功率和电流应力。在此基础上,分析推导了双重移相控制所有模态下电流应力最小的条件以及最优电流控制原理和实现方案,使双有源dc-dc变换器工作在电流应力最小状态,提高了效率。最后通过实验验证了最优电流控制正确性和优越性。     

移相控制的双有源桥DC-DC变换器统一相量分析法

提出一种用于分析移相控制双有源桥直流变换器的控制特点、功率的传输与交换特性的交流相量分析方法。通过傅里叶级数分解将变换器的动态方程转化为稳态相量表达式,从而建立适用于单移相控制、扩展移相控制以及双重移相控制的统一复功率模型,得出功率分布区域。根据变换器稳态相量表达式得出不同控制方式所对应相量分析图,并提出不同移相控制策略的实际控制区域。仿真和实验结果与理论分析一致,验证所建立复功率模型的准确性。该分析方法避免了传统瞬时功率积分方法建立移相控制直流变换器功率模型过程中计算复杂、模型不统一以及物理意义不明确等问题,方便了多控制自由度情况下,变换器控制策略的选择与设计。     

扩展移相控制的双有源桥DC-DC变换器的优化控制策略

该文将扩展移相控制下的双有源桥DC-DC变换器分为0≤D_1≤D_2≤1与0≤D_2D_1≤1两种工作模式,分析扩展移相控制下的电流应力特性与零电压导通特性,推导在此控制方式下全功率范围内实现最小电流应力的优化方案,该方案能使所有开关管在全功率范围内实现零电压导通。对比该方案与现有的扩展移相控制方案、双重移相控制方案、三重移相控制方案的电流应力优化效果与零电压导通特性。同时,该文将双有源桥DC-DC变换器的稳态性能与动态性能的优化相结合,为增强其动态性能,提出环内直接功率控制方案,该方案与最小电流应力控制方案同时作用,当运行状况发生变化后,在保证对电流应力优化的同时,能实现快速的动态响应。最后通过实验结果验证该方案的有效性。     

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。     

基于GaN-HEMT器件的双有源桥DC-DC变换器的软开关分析

对运用双有源桥DC-DC变换器(DAB)的软开关电路进行了建模,并依据此模型,对运用不同开关管的DAB软开关范围进行对比。首先,介绍传统移相控制下的DAB的工作原理,推导辅助电感的电流值。然后,对DAB的左右全桥的开关管进行了软开通电路建模。通过对MOSFET和GaN-HEMT两种开关管的输出电容进行数值拟合,对比二者在不同工作状况下的开通过程,发现运用GaN-HEMT能够扩大软开关范围。之后,根据GaN器件结构的特点,对不同死区时间下的电流尖峰和电路损耗进行对比。最后,基于Pspice仿真软件得到了不同条件下软开关的电感电流和寄生电容电压波形,分析了变换器的功率特性,并搭建GaN-HEMT实验平台进行了实验验证。     

移相+PWM控制双Boost半桥双向DC-DC变换器软开关过程的分析

移相+PWM控制结合了移相控制和PWM控制的优点,可以减小变换器的电流应力和通态损耗,减小环流能量,提高变换器传输功率的能力,扩宽开关管零电压关断(ZVS)的范围。本文以移相+PWM控制双Boost半桥双向DC-DC变换器为研究对象,给出了变换器在各种工作模式下开关过程的等效电路模型,以及漏电感电流和结电容电压的表达式。分析了各开关管ZVS开通的条件,以及影响各开关管实现ZVS的非理想因素。最后给出了在特定功率软开关条件下的参数设计方法,通过仿真和实验证明了理论分析与参数设计方法的正确性。     

基于移相控制统一模型的双有源桥DC-DC变换器基波环流优化控制策略

为充分利用双有源桥DC-DC变换器的容量,减小无功功率,提升工作效率,提出一种基于变换器移相控制统一模型的基波环流优化控制策略。通过引入基波移相比对变换器的所有移相控制方式进行统一描述,并采用傅里叶分解法建立全桥交流电压及电感电流的统一模型。该统一模型降低了多控制变量下变换器多模态分析的复杂性,适用于不同移相控制的所有工作模式,具有普适性。基于频域分析法和功率因数角,构建变换器传输功率及无功功率的统一数学模型。在此基础上,提出考虑无功基波分量的环流优化控制策略,并对传导损耗进行建模与分析。该策略简单有效,能够很好地减小变换器无功功率和改善系统效率,更有利于工程实际的应用。搭建了实验平台,对比了所提基波环流优化控制策略与传统移相控制方式下变换器的功率因数及变换效率,仿真和实验结果验证了理论分析的正确性和所提控制策略的可行性。     

死区影响下双有源桥DC-DC变换器的改进型协同三移相控制

双有源桥(dual-active bridge,DAB)DC-DC变换器在传统的协同三移相控制(cooperative triple-phase-shift,CTPS)下,能在消除两侧回流功率的同时取得更优的电流特性和传输效率,但上述优化算法未考虑死区时间对电压、电流以及优化效果的影响。为此,通过分析不同功率段内死区时间对DAB电压、电流波形以及回流功率优化效果的影响,基于电感伏秒平衡特性推导出包含死区的新移相比计算式,建立含有死区的传输功率模型和功率临界点。在此基础上,提出一种改进的协同三移相控制(improved cooperative triple-phase-shift, ICTPS)策略,实现了不同功率段内死区影响的抑制。最后,在搭建的试验样机上进行了对比实验,实验结果验证了关于死区影响理论分析的正确性,以及所提ICTPS控制策略对死区影响抑制的有效性。     

移相控制对称半桥变换器软开关条件

对称半桥变换器移相控制软开关技术利用电路寄生参数产生谐振,实现开关器件的零电压开关状态,主要包括开关器件的寄生电容和变压器漏感。在实际应用中,因寄生参数不够,可通过外加谐振器件的方式帮助软开关。本文简要分析了移相控制对称半桥变换器的工作原理和换流过程。通过对软开关过程中的等效电路分析,获得了谐振器件参数与变换器稳态工作条件之间的条件关系,可作为软开关条件下选择开关器件寄生电容以及外加谐振器件参数的依据。样机实验验证了使用该条件能够作为移相控制对称半桥变换器软开关设计的有效依据。     

基于双有源桥式DC-DC变换器的电力电子牵引变压器的电压平衡控制

提出一种基于双有源桥式(DAB)DC-DC变换器的电力电子牵引变压器(PETT)的电压平衡控制策略,分析这种控制策略的作用机理,并提出一种PETT的起动控制方法。建立单个DAB的数学模型、DAB并联系统的整体模型以及DAB并联系统的电压平衡控制模型,以方便、有效地进行输出电压控制器、输入电压平衡控制器的设计。基于两单元PETT实验平台,开展仿真和实验研究,仿真和实验结果一致,变换器的稳态和动态控制性能良好。仿真和实验结果验证了所提方法的正确性和有效性。     

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。     

基于输入电压前馈补偿的开关变换器恒定导通时间控制技术

针对恒定导通时间(COT)控制开关变换器的开关频率随输入电压变动而变化的缺点,本文提出了一种基于输入电压前馈补偿的恒定导通时间(IVFC-COT)控制技术,通过引入输入电压前馈环路,使恒定导通时间与输入电压成反比,从而消除输入电压波动对开关频率的影响。IVFC-COT控制在继承COT控制环路设计简单,无需误差放大器及其相应的补偿网络,瞬态响应速度快等优点的基础上,使开关频率在输入电压或负载波动时保持恒定。仿真及实验结果验证了IVFC-COT控制技术的可行性。     

Modeling and Affine Parameterization for Dual Active Bridge DC-DC Converters

This article proposes a dynamic modeling and control approach for dual active bridge converters, which have attracted significant attention for its merits of bi-directional power flow and soft switching capability. Due to the non-linear nature of dual active bridges, the techniques of averaging and linearization are utilized to derive the small-signal model. The affine parameterization is then presented for designing the closed-loop system to regulate the output voltage. The effectiveness of the modeling process and closed-loop regulation is verified by experimental evaluation.     

输出并联双有源全桥DC-DC变换器虚拟功率均衡控制方法

针对电力电子变压器(PET)中输出并联双有源全桥(DAB)DC-DC变换器,分析了前级级联多电平整流器(CHB)控制策略对于DAB变换器的影响,提出一种同时适用于等效输入串联输出并联(ISOP)和等效输入独立输出并联(IIOP)DAB变换器的虚拟功率均衡控制方法,并分析了该控制策略的作用机理。搭建了以TMS320F28335+FPGA_6SLX45为控制器的三单元输出并联DAB变换器的实验平台,对所提出的虚拟功率均衡控制方法与输入电容电压平衡控制算法进行了对比验证。实验结果表明,所提方法在实现各个模块传输功率均分的基础上,可以显著提高变换器对于负载突变和输入电压突变时的响应速度。同时,也可有效地抑制变换器传输功率的暂态波动。     

LCL谐振型双有源全桥双向DC-DC变换器分析与控制

研究了一种新型LCL谐振型双有源全桥双向DC-DC变换器。根据LCL谐振网络的基本特性,在双移相控制方式下,使得初、次级全桥的交流侧电压与电流同相位,实现了单位功率因数,基本可以消除双有源全桥变换器中普遍存在的回流功率。在时域波形分析的基础上,建立了各次谐波的交流等效模型,计算了各次谐波传输功率相对于基波传输有功功率的比值,并通过基波近似法进一步研究了变换器的功率传输特性。最后,设计了一台额定功率为3.6kW的实验样机,特征波形、回流功率的实验与分析结果吻合,并验证了其运行在宽负载电压和功率范围内的良好特性。     

准滑模控制开关DC-DC变换器分析

准滑模控制的滑模系数和边界层的选取因缺乏明确的关系式而难以确定,该文以相变量系统模型为基础,详细分析了准滑模控制方法的特性和在Buck变换器控制中的应用;研究了准滑模控制的边界层、滑模系数、准滑动模态区相互之间的定量数学关系,所获得的研究结果可以指导我们有效的选取滑模系数和边界层厚度。计算机仿真和实验结果表明准滑模控制器可以获得更加平滑的占空比,有利于减小输出电压的纹波,抑制系统抖振。     

DC-DC变换器的最小投影法切换律

采用分段线性系统分析方法,DC-DC变换器的稳定性研究和控制器设计变得十分简单和有效。为此,该文建立DC-DC变换器的切换线性系统模型,引入切换线性系统投影法的概念,提出最小投影法切换律的控制策略。具体论述了DC-DC变换器实现无源控制与全局稳定性的切换律设计方法与步骤,并针对该切换律与平衡点相关的特点,在设计中进行平衡点的补偿以提高切换律的鲁棒性与收敛率。此外,为解决最小投影法切换律存在的滑模问题,还进行适合于DC-DC 变换器的延时切换器设计。仿真和实验结果表明该文提出的最小投影法切换律在实际DC-DC变换器中具有普遍适用性。     

基于动态矩阵控制的双有源桥DC-DC变换器电流应力优化策略

为了提高拓展移相控制的双有源桥（DAB）DC-DC变换器的电压动态响应性能,降低系统的电流应力,利用使电流应力最小的优化相移角与输出电压之间的关系,提出了一种将电压动态矩阵控制(DMC) 算法与变换器电流应力优化方法相结合的控制算法,并从预测模型、滚动优化、反馈校正三个环节详细介绍了DAB的DMC电压预测控制的具体实现过程,最后,将所提出的控制方法与电压闭环PI控制的拓展移相电流应力优化算法进行仿真比较,仿真结果表明：该方法不仅减小了电流应力,而且在变换器启动阶段以及负载突变时,大大改善了变换器的电压动态响应性能。     

双有源桥DC-DC变换器虚拟直接功率控制策略

动态响应特性是双有源桥(Dual Active Bridge,DAB)DC-DC变换器的一个关键指标。为了提高DAB DC-DC变换器在系统发生扰动时的动态响应速度,在单移相控制的基础上,结合直接功率前馈控制(Direct Power Feed-Forward Control,DPFFC)策略,提出了一种虚拟直接功率控制(Virtual Direct Power Control,VDPC)策略,并建立了VDPC策略下系统发生扰动时的小信号模型,该控制方法无电感、无变压器变比等电路参数参与控制,提高了控制方法的兼容性。最后,在Matlab/Simulink仿真平台上,对虚拟直接功率控制和直接功率前馈控制进行了对比仿真,仿真结果表明:在DAB DC-DC变换器输入电压和负载发生扰动时,虚拟直接功率控制方法具有更快的动态响应性能,且能保证输出电压基本不变。