电压不匹配运行条件下双有源桥变换器的效率优化方法

通过对双有源桥（DAB）变换器全部开关管的零电压开通（ZVS）控制,同时兼顾对DAB变换器的电流应力进行优化,来提升DAB变换器在输入输出电压不匹配运行条件下的整机效率。首先详细分析DAB变换器实现ZVS的电感电流约束条件,并获得传输功率范围;对比分析升压和降压运行场景下的软开关约束条件对传输功率的影响,以软开关功率范围最大为指标优选移相控制方式;然后基于优选的移相控制方式,为了进一步降低开关管的电流应力,提出零电压开通-电流应力优化（ZVS-CSO）算法,求解得到ZVS区域内电流应力最小时对应的移相比,并从理论上对比验证了优化效果;最后在StarSim硬件的环平台以及实物平台上对所提优化算法的有效性进行了验证。     

考虑不同软开关模式的双有源桥变换器电流应力优化方法

为了全面提高双有源桥(DAB)变换器的整体性能,在基于双重移相实现电流应力最小化的同时,对是否要确保所有开关管实现零电压开通(ZVS)进行了研究。首先建立了以传输功率为输入量的线性化大信号模型,基于该模型,可通过传输功率的直接调节实现输出电压的精准控制。以该模型为基础,通过分析4种功率模态中的软开关特性及电流应力特性,分别实现了基于完全ZVS的电流应力优化方法和基于自然软开关的电流应力优化方法。并完成了2种优化方法对于效率影响的分析和对比。结果表明,当采用开通损耗和关断损耗相近的开关器件时,确保所有开关管实现ZVS会使DAB变换器的电流应力大幅增加,进而对效率产生严重的负面影响。理论分析和实验结果均表明,自然软开关模式的电流应力优化算法能够最大程度地降低电流应力,减小损耗,提高变换器的性能。     

基于单侧PWM加移相控制的DAB变换器优化控制策略

双有源桥DC-DC变换器(DAB)在电能变换场合应用良多,但是功率回流问题一直亟待解决.为了实现DAB变换器的功率回流特性优化,同时简化控制过程,基于DAB变换器的载波移相控制原理提出了一种单侧PWM加移相控制策略,分析了DAB变换器的功率特性和实现软开关条件下回流功率最小的条件.实验验证了提出的单侧PWM加移相控制策...     

一种基于KKT算法的DAB回流功率优化方法

针对双有源桥(DAB)DC/DC变换器回流功率优化效果易受电压传输比和传输功率影响问题,建立了DAB变换器在移相控制下的传输功率和两侧回流功率模型,分析并推导了零电压开关(ZVS)软开关边界,并以此为约束条件,提出了一种基于Karush-Kuhn-Tucker(KKT)条件优化算法的两侧回流功率优化方法。基于此,通过功率分段三移相(PSTPS)优化控制,实现了DAB全功率范围内两侧回流功率优化,且所有开关管可实现ZVS软开关。最后,基于搭建的实验平台验证了所提优化方法的正确性和有效性。     

基于拓展移相控制的双有源桥全软开关模态的最小回流功率控制

双有源桥(dual active bridge,DAB)作为直流变换器技术的热门应用,得到了越来越多学者的关注。其中,回流功率是其研究热点之一。过大的回流功率会严重影响DAB的运行效率,缩小DAB的软开关范围。针对上述问题,文章基于拓展移相控制,确定了能实现全部开关管软开关的边界条件,有效地降低了开关损耗;另外,提出了一种新型的回流功率优化技术,极大地降低回流功率,甚至可以在某些工况下实现零回流功率,提升DAB的运行效率。针对在线控制,设计了闭环控制系统,通过负载的连续投切仿真,证明了该方法的有效性。最后,搭建了DAB实验平台,通过硬件实验验证了该最小回流功率控制策略的可行性和正确性。     

基于DAB的蓄电池最小电流应力控制策略研究

双有源桥(DAB)变换器是一种适用于蓄电池充电的双向DC/DC变换器。为减小蓄电池充电过程中的功率损耗并提高传输效率,提出了双重移相(DPS)最小电流应力控制策略,分析DAB变换器全部开关管的零电压开通(ZVS)的电感电流约束条件,求解得到ZVS区域内电流应力最小时的移相比组合,能够减小蓄电池的充电损耗,提高充电效率,并通过理论对比验证了优化效果。仿真与实验结果均表明,所提优化策略可以实现开关管ZVS以及最小电流应力,从而减小损耗,提高变换器的性能。     

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。     

基于拓展移相控制的双有源桥全软开关模态的最小回流功率控制

双有源桥(dual active bridge,DAB)作为直流变换器技术的热门应用,得到了越来越多学者的关注。其中,回流功率是其研究热点之一。过大的回流功率会严重影响DAB的运行效率,缩小DAB的软开关范围。针对上述问题,文章基于拓展移相控制,确定了能实现全部开关管软开关的边界条件,有效地降低了开关损耗;另外,提出了一种新型的回流功率优化技术,极大地降低回流功率,甚至可以在某些工况下实现零回流功率,提升DAB的运行效率。针对在线控制,设计了闭环控制系统,通过负载的连续投切仿真,证明了该方法的有效性。最后,搭建了DAB实验平台,通过硬件实验验证了该最小回流功率控制策略的可行性和正确性。     

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。     

能量路由器中DAB变换器电流应力优化与ZVS控制方法

针对能量路由器中双有源桥(Dual Active Bridge,DAB)变换器的传输效率不高、电流应力大和动态性能不佳的问题,提出一种基于最小变压器漏感电流与全功率范围开关器件零电压开通(Zero Voltage Switching,ZVS)相结合的三重移相(Triple Phase Shift,TPS)控制方法。该方法通过对TPS调制下DAB变换器的漏感电流特性、传输功率特性和软开关特性进行分析,推导出三个控制变量(D₁,D₂,D_φ)间的最优关系表达式,优化了传统TPS控制,根据负载情况,灵活切换控制模式,使得所有开关器件均实现ZVS和电感电流有效值最小。仿真实验结果证明了所提控制策略的有效性及正确性。     

基于扩展移相控制的高频DAB变换器ZVS控制方法

双有源桥（Dual active bridge,DAB）在需要高效能量双向流动的工作场景有广泛的应用。在高开关频率工作时,变换器开关器件结电容充放电时间无法忽略,导致扩展移相控制下DAB零电压开通（zero voltage switching,ZVS）范围断续。通过分析扩展移相控制下双有源桥DC-DC变换器工作模态,建立高开关频率工况下DAB变换器数学模型,提出一种利用磁化电流扩宽ZVS范围的方法。在此基础上,结合电感电流应力优化算法,提出一种适用于高频工况应用的电流应力优化下的软开关控制策略。采用该控制策略,可以有效减小导通损耗,消除开关损耗,显著提升高开关频率下的变换器效率。最后,搭建400KHz实验样机,验证控制策略有效性。     

三电平双有源桥变换器的新型控制策略研究

针对三电平双有源桥(TL DAB)变换器在电压不匹配及轻载条件下电流应力大、失去软开关特性、效率低的问题,提出一种基于四电平调制的新型控制策略.该控制策略包含两个控制自由度,分别为三电平桥内移相角和桥间移相角,引入桥内移相角后,三电平桥输出具有一定占空比的四电平电压.通过优化两个控制自由度,使TLDAB变换器在宽电压及全功率范围内具有更小的电流应力和更优的软开关特性,从而提升变换器在电压不匹配及轻载条件下的传输效率.最后,在小功率样机上验证了所提出控制策略的有效性.     

三电平混合全桥DC-DC变换器全局电流应力优化与回流功率优化对比分析

三电平双有源混合全桥(hybrid three level full bridge, H-TLFB)DC-DC变换器在双重移相控制下存在回流功率和电流应力较大的问题,为此提出电流应力优化控制和回流功率优化控制两种优化控制策略。首先分析变换器4种工作模态,推导不同模态下电流应力、回流功率的表达式,通过对比求解全局内最小电流应力、最小回流功率对应最优移相比,并设计相应优化控制策略。然后基于相同传输功率段将两种优化控制策略进行对比分析,发现两种优化控制策略均可在全功率传输内对变换器进行优化。当1/2＜p＜2/3时,两种优化控制对电流应力的优化等效,当0＜p＜1/2时,两种优化控制对回流功率的优化等效。最后通过实验验证了理论分析的有效性和正确性。     

全工况范围的DAB三自由度优化控制策略

为获取双有源桥(dual-active-bridge,DAB)直流变换器全工况范围内的统一优化控制,该文充分利用DAB控制自由度,实现一种基于电流应力最小的三移相(three-phaseshift,TPS)优化控制策略。分析原副边电压不匹配时的开关模式,推导潜在最优开关模式下的关键电气参数及其局部最优解,获取具有统一形式的全局优化策略。为实现电压匹配点附近的模式间平滑过渡,提出一种滞环模式切换方法。实验结果表明,相比常规单移相和双移相控制,所得出的TPS策略具有优化结果计算量小、表达统一连续的特点,能有效减小电流应力、提高变换效率,具有较好的工程可适用性。     

基于梯度下降法的DAB变换器双重优化控制

针对双有源桥(DAB)变换器电流应力与回流功率的优化问题,提出一种基于双重移相(DPS)控制的双重目标优化控制策略。首先建立DAB变换器在DPS控制下的数学模型,通过分析运行状态确定约束条件并构建针对电流应力与回流功率的目标函数,其次引入移相比关系量θ确保移相比取值在约束范围内,应用梯度下降法寻优并结合基于输出电压反馈的补偿控制构建完整的双重优化控制策略。最后通过Matlab/Simulink仿真和搭建使用TMS320F28335控制器的实验平台验证了所提控制策略的有效性。     

基于同步三重移相控制的DAB全工况回流功率优化

为降低双有源桥DAB变换器中的回流功率实现软开关,对DAB的功率模型,软开关实现条件进行推导.分别对DAB在电压转换比大于1和小于1两种工况下的工作原理进行分析,推导出两种工况下的DAB在不同传输功率的最优移相角,提出一种在全工况下降低回流功率的改进同步三重移相控制策略.在MATLAB/SIMULINK仿真平台上进行仿...     

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。     

基于多目标优化的高频DAB变换器混合多重移相控制策略

随着双有源全桥(dual active bridge,DAB)变换器开关频率的提升,半导体器件的开关损耗占比越来越大,基于回流功率、电感电流峰值或有效值的单目标效率优化策略的优势逐渐丧失。为提升DAB变换器的高频工况运行效率,文中对DAB最优模态与优化目标进行定量分析与选择,提出一种可同时实现电感电流有效值准最优、宽范围软开通的移相策略,在该策略下轻重载工况所有开关管均可实现软开通,中载仅有两个开关管丢失软开通。为保证软开通的有效实现,根据电荷交换和死区时长两个条件推导实现软开通所需电流的统一表达式。再者,将软开通谐振过程线性化处理,所得简化表达式可与本文移相模态相结合,可实现任意开关管在任意模态下的软开通。最后,搭建6.6 k W/150 k Hz的碳化硅实验平台进行验证。实验结果表明,所研究的多目标优化策略可同时减小开通损耗与导通损耗,有效提升DAB变换器在高频工况下的运行效率。     

双向全桥DC/DC变换器电流应力和回流功率优化

针对双有源桥(DAB)DC/DC变换器工作于Buck模式下产生的回流功率和电流应力升高的问题,提出了一种基于拉格朗日乘数法的改进扩展移相(EPS)控制方法。根据DAB DC/DC变换器的拓扑结构建立DAB电路的等效模型,确定优化的约束条件。通过约束条件建立拉格朗日函数,求解DAB电路最小回流功率的工作点,进而得到改进EPS控制内移相比与外移相比的变化关系并且确定了控制方法的流程。通过实验对所提改进EPS控制方法进行验证,实验结果表明该控制方法可以同时维持DAB DC/DC变换器输出功率恒定,降低回流功率和电流应力。