双有源桥变换器优化控制策略研究

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双有源桥变换器作为一种高效率双向变换器拓扑,具有宽输入宽输出范围、控制简单、定频工作、电压电流应力小等优势。利用自身的寄生电感,可使变换器中所有开关器件均工作于零电压开关状态,提高变换器的效率。因此,在电动汽车、微电网、超级电容储能、新能源发电等能量双向流动的场合得到广泛应用。为减小双有源桥式DC-DC变换器的功率损耗,本文提出了一种双重移相加桥间移相控制的优化控制策略。该控制策略在保证传统双有源桥软开关、宽输入宽输出电压范围的基础上保证漏感电流有效值最小,能够减小变换器损耗,提升变换器效率。在桥间移相(Single phase shift,SPS)和双重移相(Extended phase shift,EPS)相结合的复合控制策略下,双有源桥变换器实现了全负载范围内的功率传输。相比于现有控制策略,本文提出的优化控制策略更容易实现ZVS软开关、减小损耗,同时,各模式之间平滑自由切换,更易于实现闭环控制。该文首先分析了常用的控制模式及控制策略,对比分析现有不同控制策略的优势和劣势,提出以减小电流有效值为优化目标的优化控制策略。对变换器的功率传输特性、软开关特性、电流应力特性进行分析,并在此基础上,通过建立漏感电流有效值、传输功率及软开关条件三者的数学模型,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。最后,搭建了双有源桥式变换器的仿真平台和实验样机,仿真和实验结果验证了理论分析的正确性和控制策略的有效性。
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