一种双向半桥三电平dc-dc变换器环流功率最小的优化控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及隔离型双向DC-DC变换器的控制方法，尤其设及一种双向半桥S电平 DC-DC变换器的优化控制。
【背景技术】
[000引隔离型双向DC-DC变换器既可实现输入和输出侧的电气隔离，也能实现能量的双 向传输。它在智能微网、分布式发电系统W及电力机车牵引系统等领域被广泛使用。
[000引隔离型双向半桥S电平DC-DC变换器的结构如图1所示，它由两个对称的半桥S电平电路、中频变压器和四个直流稳压电容组成。该变换器结构简单，功率密度大，能实现 电气隔离且能量可双向流动；并且电路中每个开关管的电压应力只有输入或输出电压的一 半，所W该变换器适合用于高压、大功率场合。
[0004] 双向半桥S电平DC-DC变换器采用传统移相控制时的工作波形如图2所示。其 控制原理为；电路中每个桥臂内部上桥臂两只开关管同时导通，下桥臂两只开关管与上桥 臂两只开关管互补导通。两个桥臂之间相对称的两只开关管的导通信号之间存在移相比 > ，巧> 的正负决定传输功率的方向，其大小决定传输功率的大小。移相控制简单易实现， 但是变换器中存在环流功率，如图2中的阴影部分，环流功率会增大开关管的电流应力，从 而增大开关管的损耗，降低变换器的效率。
【发明内容】
[000引本发明的目的是提供一种针对双向半桥S电平DC-DC电路结构的优化控制方法， 实现环流功率最小的优化控制，从而减少变换器损耗，提高变换器的整体效率。
[0006] 本发明的目的是通过如下的手段实现的。
[0007] -种双向半桥S电平DC-DC变换器环流功率最小的控制方法，控制器在双向半桥 S电平DC-DC变换器每个桥臂的中点电压输出正、负和零S个电平，变换器的传输功率受 零电平时间1-Di和一、二次侧中点电压之间的移相比巧> 影响，通过协调控制零电平作用时 间1-Di和移相比A，在满足负载所需功率的前提下，实现环流功率最小的优化控制。
[0008] 本发明方法是通过如下步骤实现的：
[000引 a)、控制器的电压控制模块通过对负载侧电压（V2)和参考电压（V2uf)的误差进行 反馈控制，得到移相比Cp;
[0010] b)、读入a)结果，根据如下规则得到两侧桥臂中点电压的占空比Di的值：
[0011]当公0的范围在[0，^时，Di取；q二1_0口；
[001引当化的范围在时，Di取：公I二2A;
[001引当A的范围在[-^0]时，Di取；9二1+A;
[0014] 当化的范围在[-去，-^ ]旧寸，〇1取；。1 =_2Z)p;
[0015]C)、将步骤a)、b)得到的Op和Di输入开关信号产生模块，产生相应的开关信号， 控制主电路中开关器件的通断。
[0016] 环流功率最小优化控制方法分析如下，双向半桥S电平DC-DC变换器可W输出 正、负和零=个电平，其传输功率的工作波形如图3所示。一个周期内，各开关管的导通情 况如下：当S。和S12导通，VAB为正电平；当S12和VD1或S。和VD2导通，VAB为零电平；当S。 和Si4导通，VAB为负电平。当S21和S22导通，VCD为正电平，当S22和VD3或S23和VD4导通， VcD为零电平，当S23和S24导通，VcD为负电平。与传统移相控制方法相比，本发明方法通过 在正、负电平之间加入一段零电平，起到减小环流功率的作用。本发明将Vab和VeD的零电平 在一个开关周期内的作用时间均控制为（1-〇1)172。
[0017] 双向半桥立电平DC-DC变换器传输功率的大小和方向受和A影响，其中巧>为 Vab和V。。之间的移相角对应的时间与半个开关周期的比值。随着1-Di与Op之间大小关系 的不同，变换器正向传输功率（Vi侧传向V2侦。分为两种工作情况A和B，工况A移相比 小于零电平1-Di的工作波形如图3 (a)所示，工况B移相比'公，大于零电平1-Di的工作 波形如图3化）所示。变换器反向传输功率时（V2侧传向V1侧），随着1-D1与--A之间大 小关系的不同，也分为两种工作情况。
[0018] 变换器中开关管实现软开关的条件为：在开关管导通前，工作电流是流经开关管 的反并联二极管，直到电流反向，电流才流经开关管。电流流经一次侧开关管反并联二极 管的该段时间也恰是功率环流的过程。下面根据正向传输功率的两种工况的工作波形图 3(a)、化）分析如何实现环流功率最小的控制。
[0019] 图3(a)中所有开关管实现零电压导通的条件为；it(ti) >0,it扣）《0， iL(t3) >0。由图3(a)可知，iL(ti) =iL(t2)，因此，正向传输功率工况A所有开关管实现 零电压导通的条件为：
[0020] iL(ti) = 0。（1)
[0021] 由图3(a)的工作波形W及电感电流在一个周期内的平均值为零，可计算出it(ti) 为：
[0022]
【主权项】
1. 一种双向半桥三电平DC-DC变换器环流功率最小的优化控制方法，控制器在双向半 桥三电平DC-DC变换器每个桥臂的中点电压输出正、负和零三个电平，变换器的传输功率 受零电平时间I-D1和一、二次侧中点电压之间的移相比〇/影响，通过协调控制零电平作用 时间I-DjP移相比在满足负载所需功率 的前提下，实现环流功率最小的优化控制，包含如下步骤： a) 、控制器的电压控制模块通过对负载侧电压（V2)和参考电压（V2ref)的误差进行反馈 控制，得到移相比 b) 、读入a)结果，根据如下规则得到两侧桥臂中点电压的占空比D1的值：
c) 、将步骤a)、b)得到的1^和D1输入开关信号产生模块，产生相应的开关信号，控制 主电路中开关器件的通断。
【专利摘要】本发明公开了一种适用于双向半桥三电平DC-DC变换器实现环流功率最小的优化控制方法，该控制方法通过在一、二次侧桥臂中点电压的正负电平之间加入一段零电平，减小环流功率；通过协调控制移相比和零电平的作用时间使输入与输出侧之间的环流功率最小，从而减少变换器损耗，提高变换器的整体效率。同时，在整个传输功率范围内，电路中的所有开关管都能够实现零电压导通，有效减少了功率器件的开关损耗。
【IPC分类】H02M3-335
【公开号】CN104753355
【申请号】CN201510137646
【发明人】舒泽亮, 郭潇潇, 况祖杭, 何晓琼
【申请人】西南交通大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年3月26日