一种三重移相控制下DAB变换器全局优化闭环控制方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 107241021 A(43)申请公布日 2017.10.10

(21)申请号 201710657027.1(22)申请日 2017.08.03

(71)申请人 上海交通大学

地址 200240 上海市闵行区东川路800号(72)发明人 李国杰　童安平　杭丽君　(74)专利代理机构 上海恒慧知识产权代理事务

所(特殊普通合伙) 31317

代理人 张宁展(51)Int.Cl.

H02M 3/335(2006.01)

权利要求书2页 说明书3页 附图2页

()发明名称

一种三重移相控制下DAB变换器全局优化闭环控制方法(57)摘要

一种三重移相控制下DAB变换器全局优化闭环控制方法，基于DAB(双向有源桥)变换器的原边全桥内部移相比、副边全桥内部移相比、原副边之间移相比三个控制量，提出一种三重移相控

使DAB在制下DAB变换器全局优化闭环控制方法，

不同运行工况下，通过闭环控制，自动实现全局优化运行，提高了DAB运行效率。该方法给出了DAB全局优化运行的闭合控制，控制性能好。

CN 107241021 ACN 107241021 A

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1.一种三重移相控制下DAB变换器全局优化闭环控制方法，所述的DAB由直流电压源、原边单相全桥H1、副边单相全桥H2、高频隔离变压器、高频电感L和控制器组成，所述的原边单相全桥H1的4个全控开关器件为S1～S4，副边单相全桥H2的四个全控开关器件为Q1～Q4；所述的原边单相全桥的直流母线的正极与对应直流电压源的正极相连，原边单相全桥的直流母线的负极与对应的直流电压源的负极相连，原边单相全桥的交流侧通过随时随地高频电感L与高频隔离变压器的原边相连；所述的副边单相全桥的直流母线正极与对应直流负载的正极相连，副边单相全桥的直流母线的负极与对应的直流负载的负极相连，副边单相全桥的交流侧与高频隔离变压器副边相连，所述的高频隔离变压器的变比为n:1；所述的原边单相全桥的开关器件S1～S4的控制信号的输入端和副边单相全桥的开关器件Q1～Q4的控制信号的输入端与所述的控制器对应的开关信号的输出端相连；

所述的控制器包括采样、PI控制器和调制单元，采样单元有两个信号输入端，分别测量所述的DAB的输入电压Vin和输出电压Vout，经PI控制器输出x，所述的调制单元输出开关控制信号的输出端分别与所述的DAB的原副边全桥相应的开关器件S1～S4与Q1～Q4的控制信号的输入端相连；其特征在于，该方法包括如下步骤：

1)分别测量所述的DAB的输入电压Vin和输出电压Vout，并根据高频隔离变压器的变比n，按公式(1)计算所述的控制器电压传输比：

其中，Vin为DAB输入电压，Vout为DAB输出电压，n为高频隔离变压器的变比，参数n作为初值预先设定；

2)所述的控制器按照公式(2)计算PI控制器的输出x：x＝kp(Vref-Vin)+ki∫(Vref-Vin)dt   (2)其中，kp、ki为PI控制器参数，预设为0.1≤kp≤10，0.001≤ki≤1；3)DAB全局优化闭环控制三个移相比控制量的计算：由以上式(2)得到的x的范围，计算相应的原边全桥内部移相比D1,opt，副边全桥内部移相比D2,opt，原副边之间的移相比D0,opt的控制量：

i)如果x≥1，则

D1,opt＝0D2,opt＝0   (3)ii)如果M≤x≤1，则

D1,opt＝f2(x)＝1-xD2,opt＝h2(D1,opt)＝0   (4)iii)0≤x≤M，则D1,opt＝f1(x)＝1-x

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其中，D1,opt表示DAB端口1的H1内部移相比，D2,opt表示DAB副边端接口2的H2内部移相比，D0,opt表示DAB两个端口H1与H2之间的移相比，下标opt表示优化；

4)所述的控制器按所述的原边全桥内部移相比D1,opt，副边全桥内部移相比D2,opt，原副边之间的移相比D0,opt形成驱动信号脉冲按时序输入并控制所述的原边单相全桥(H1)、副边单相全桥(H2)的工作，完成调制过程，即可实现三重移相控制下DAB变换器的全局优化闭环控制，自动实现DAB全局优化运行。

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一种三重移相控制下DAB变换器全局优化闭环控制方法

技术领域

[0001]本发明涉及DC/DC高频隔离变换，特别是一种三重移相控制下DAB变换器全局优化闭环控制方法。

背景技术

[0002]随着电力电子技术的发展，高频隔离功率转换技术将越来越多的应用到电网中，成为实现电网中快速灵活控制的重要手段。基于移相控制(Phase shift modulation scheme,PSMS)技术的双有源全桥变流器(Dual Active Bridge-Isolated Bidirectional DC/DC Converter，简称为DAB)具有功率密度高、动态响应快、容易实现软开关、功率能双向流动等优点，在不间断电源、电动汽车、固态变压器等场合广受欢迎。常见的DAB变流器控制方式为移相控制，在高频变压器的原边端口和副边端口产生具有相对相移的电压方波，同时通过控制原边和副边两个全桥电路斜对角开关器件驱动的相对相移，改变电压方波的占空比，从而调节流经变流器的功率。根据控制变量的选择，常见的DAB变流器的调制方式有：单移相调制(Single phase shift modulation,SPSM)、双重移相调制(Dual phase shift modulation,DPSM)、扩展移相调制(Extended phase shift modulation,EPSM)和三重移相调制(Triple phase shift modulation,TPSM)等。其中TPSM具有三个的控制量，是最一般的调制方式，SPSM、DPSM和EPSM均可以视为TPSM的简化形式。因而TPSM最具有灵活性，可以通过合理地约束控制量之间的关系，使得DAB变流器在传输相同的功率时，减小流经变压器电流的有效值，降低器件的电流应力，从而提高系统效率。[0003]对于DAB而言，为了提高运行效率，提高输入输出功率的转换效率，需要实现全局的优化运行，如何通过闭环控制，实现全局优化，是提高DAB运行性能所面临的问题。发明内容

[0004]针对上述问题，本发明的目的是提供一种三重移相控制下DAB变换器全局优化闭环控制方法。该方法通过闭环控制，自动实现全局优化运行，提高了DAB的运行性能。[0005]本发明的技术解决方案如下：

[0006]一种三重移相控制下DAB变换器全局优化闭环控制方法，所述的DAB由直流电压源、原边单相全桥H1、副边单相全桥H2、高频隔离变压器、高频电感L和控制器组成，所述的原边单相全桥H1的4个全控开关器件为S1～S4，副边单相全桥H2的四个全控开关器件为Q1～Q4；所述的原边单相全桥的直流母线的正极与对应直流电压源的正极相连，原边单相全桥的直流母线的负极与对应的直流电压源的负极相连，原边单相全桥的交流侧通过随时随地高频电感L与高频隔离变压器的原边相连；所述的副边单相全桥的直流母线正极与对应直流负载的正极相连，副边单相全桥的直流母线的负极与对应的直流负载的负极相连，副边单相全桥的交流侧与高频隔离变压器副边相连，所述的高频隔离变压器的变比为n:1；所述的原边单相全桥的开关器件S1～S4的控制信号的输入端和副边单相全桥的开关器件Q1～Q4的控制信号的输入端与所述的控制器对应的开关信号的输出端相连；

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所述的控制器包括采样、PI控制器和调制单元，采样有两个信号输入端，分别测量

所述的DAB的输入电压Vin和输出电压Vout，经PI控制器输出x，所述的调制单元输出开关控制信号的输出端分别与所述的DAB的原副边全桥相应的开关器件S1～S4与Q1～Q4的控制信号的输入端相连；其特点在于，该方法包括如下步骤：[0008]1)所述的控制器按公式(1)计算电压传输比：

[0009][0010]

其中，Vin为DAB输入电压，Vout为DAB输出电压，n为高频隔离变压器的变比，参数n作

为初值预先设定，Vin与Vout通过采样测量得到；

[0011]2)所述的控制器按照公式(2)计算PI控制器输出x：[0012]x＝kp(Vref-Vin)+ki∫(Vref-Vin)dt  (2)[0013]其中，kp、ki为PI控制器参数，预设为0.1≤kp≤10，0.001≤ki≤1；[0014]3)DAB全局优化闭环控制三个移相比控制量的计算：[0015]由以上式(2)得到的x的范围，计算相应的3个移相比控制量：[0016]i)如果x≥1，则

[0017]

[0018][0019][0020][0021]

D1,opt＝0

D2,opt＝0  (3)ii)如果M≤x≤1，则

[0022][0023][0024][0025][0026][0027]

D1,opt＝f2(x)＝1-xD2,opt＝h2(D1,opt)＝0  (4)iii)0≤x≤M，则D1,opt＝f1(x)＝1-x

其中，D1,opt表示DAB端口1的H1内部移相比，D2,opt表示DAB副边端接口2的H2内部移

相比，D0,opt表示DAB两个端口H1与H2之间的移相比，下标opt表示优化；[0029]4)所述的控制器按所述的原边全桥内部移相比D1,opt，副边全桥内部移相比D2,opt，原副边之间的移相比D0,opt形成驱动信号脉冲按时序输入并控制所述的原边单相全桥(H1)、副边单相全桥(H2)的工作，完成调制过程，即可实现三重移相控制下DAB变换器的全局优化闭环控制，自动实现DAB全局优化运行。[0030]与现有技术相比，本发明的特点如下：[0031]1.通过闭环控制，自动实现了DAB运行的全局优化。

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2.本发明提升了DAB的运行性能。

附图说明

[0033]图1是本发明DAB的系统构成图。

[0034]图2是本发明中DAB调制比M＝0.6时的运行效率。[0035]图3是本发明中DAB调制比M＝0.8时的运行效率。[0036]图4是本发明中DAB调制比M＝1.15时的运行效率。

具体实施方式

[0037]下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此本发明的保护范围。

[0038]先请参阅图1，图1是本发明三重移相控制下DAB变换器全局优化闭环控制方法的系统构成图。图2、图3、图4是本发明中DAB在不同电压调制比下的工作运行效率与传统的单重移向比方法进行比较，图2～4中，红色曲线Dopt为本发明的三重移向比下DAB的全局优化控制方法，蓝色曲线SPS为传统的单重移向比调制方法，其中图2、图3、图4分别为本发明中DAB调制比为M＝0.6、M＝0.8、M＝1.15时的运行效率，在不同调制比下，DAB在全功率范围内都比单重移向比调制方法效率高，最低效率在96％左右，最高效率超过98％，大大提高了DAB的运行效率。由此可以看出，本发明的DAB的闭环控制方法，能够实现DAB的全局优化运行。

[0039]本发明三重移相控制下DAB变换器全局优化闭环控制方法的具体实现如下：[0040]分别测量所述的DAB的输入电压Vin和输出电压Vout，和高频变压器变比n(变压器变比n由具体装置决定，由设计人员输入到控制器中)，根据式(1)的电压调制比控制器计算电压传输比M；根据式(2)，将DAB输出电压参考值Vref与输出电压Vout之差经PI控制器输出x。然后将得到的x与M，输出给控制器中的调制单元，根据式(3)～(5)计算出3个移相控制量D1,opt、D2,opt、D0,opt，最后驱动功率器件S1～S4，Q1～Q4，控制DAB功率器件的动作，实现优化运行。

[0041]图2～图4为本发明中DAB在不同电压调制比下的运行效率，在全功率范围内都比单重移向比调制方法效率高。由此可见，本发明的DAB的闭环控制方法，能够实现DAB的全局优化运行。

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说　明　书　附　图

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图1

图2

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图3

图4

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