一种具有宽输出电压的双有源桥直流变换器的参数算法制造技术

本发明专利技术公开了一种具有宽输出电压的双有源桥直流变换器的参数算法，本发明专利技术基于现有的TPS最小峰值电流控制策略，对DAB的运行模式进行了分析，总结出可以获得最小副边侧峰值电流标幺值的4个运行模式，并基于该运行模式建立电压变比与最小峰值电流标幺值的曲线关系。根据关系曲线确定电压变比和功率标幺值的选取，最后基于所选取的功率标幺值、电压变比和峰值电流标幺值与电压变比的关系曲线对DAB电路的关键参数进行设计：对电感值、变压器变比进行设计、原副边桥开关管电流应力。本发明专利技术将最小副边侧峰值电流的控制策略与宽输出电压范围有效结合在一起，能够使电路能够在满足器件电流应力的前提下，拓宽输出电压范围。

A parameter algorithm of double active bridge DC converter with wide output voltage

【技术实现步骤摘要】
一种具有宽输出电压的双有源桥直流变换器的参数算法
本专利技术属于直流变换器领域，具体涉及一种具有宽输出电压的双有源桥直流变换器的参数算法。
技术介绍
宽输出电压范围直流变换器有很大的应用场景，例如在电动汽车充电系统中，输出电压需要在200V～700V大范围变化。目前能实现升降压的DC-DC变换器有Buck-Boost、Cuk、Sepic、Zeta及其衍生电路，但这些电路往往会受器件电流应力的限制导致其升降压能力受到限制。双有源桥直流变换器(DualActiveBridge,DAB)因其具有电气隔离、高功率密度、双向功率流动、高电压比升降压、结构对称易于实现软开关等诸多优点被广泛应用于分布式发电系统、电动汽车、电力电子变压器等大功率宽输入宽输出场合。目前常用的控制方法有单移相控制(Single-Phase-Shift,SPS)、双移相控制(Double-Phase-Shift,DPS)、拓展移相控制(Extend-Phase-Shift,EPS)、三移相控制(Triple-Phase-Shift,TPS)，研究学者也给出了上述四种控制方法获得最小峰值电流的控制策略，使得器件的电流应力得以减小，在一定的输出电压范围内具有升降压能力，但随着输出电压的不断升高或降低，副边侧峰值电流很容易就会超过器件的电流应力，导致器件损坏。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述不足，提供一种具有宽输出电压的双有源桥直流变换器的参数算法，将最小峰值电流控制策略与宽输出电压结合在一起，能够使宽输出电压范围内峰值电流均满足器件电流应力。为了达到上述目的，本专利技术包括以下步骤：步骤一，根据现有的TPS的最小电流峰值控制策略，建立不同工作模式和峰值电流标幺值I2m*的对应关系；步骤二，根据步骤一所得的对应关系建立电压变比k与最小峰值电流标幺值I2m*的关系曲线和2I2m*/p*与p*的关系曲线；步骤三，根据步骤二所得的两个关系曲线对额定输出电流Io所对应的功率标幺值p*和最大输出电压U2max所对应的电压变比k值进行选取；步骤四，根据步骤三选取的功率标幺值p*和电压变比k对DAB的关键参数进行设计和选型：对电感值L、变压器变比n进行设计，计算原副边桥开关管电流应力。电压变比k、功率标幺值p*和峰值电流标幺值I2m*的计算方法如下：其中，U1为输入电压，U2为输出电压，n为变压器变比，P为传输功率，PB为功率基值，I2m为变压器副边侧输出峰值电流，I2mB为变压器副边侧峰值电流基值；为了方便描述，下文的峰值电流和峰值电流基值均为变压器副边侧的值。功率基值PB和峰值电流基值I2mB的计算方法如：其中，fs为开关频率，L为电感值。步骤三中，确定额定输出电流Io对应的功率标幺值p*max的方法如下：结合峰值电流标幺值I2m*、功率基值PB、峰值电流基值I2mB以及公式P＝U2Io能够得到峰值电流与输出电流的关系：由上式可知，当额定输出电流Io给定，峰值电流仅取决于2I2m*/p*，当2I2m*/p*最小时可以获得最小峰值电流。步骤三中，确定最大输出电压U2max对应的电压变比k的方法如下：根据三移相控制副边侧峰值电流的规律，建立给定功率标幺值p*下电压变比k与最小峰值电流标幺值I2m*的关系曲线，并确定功率标幺值p*获得最大峰值电流时且在宽输出电压范围内的k值，令最大输出电压U2max对应的峰值电流与k＝2时对应的峰值电流相等则可令宽输出电压范围内的所有电流应力均不超过k＝2时对应的峰值电流，由此可以求出最大输出电压U2max对应的电压变比k。步骤四中，电感值L计算方法如下：根据功率标幺值p*、功率基值PB和公式P＝U2Io能够得到输出电流Io与电感值L的关系式：将输出电流Io与电感值L的关系式代入变压器变比n和额定输出电流Io对应的功率标幺值p*max能够计算电感值L。步骤四中，计算原副边侧开关管的电流应力的方法如下：在宽输出电压范围，k＝2处获得最大峰值电流，同时也获得开关管最大的电流应力，得到副边侧输出峰值电流为：则原边侧峰值电流为：其中，I2m为副边侧输出峰值电流，I1m为原边侧峰值电流。与现有技术相比，本专利技术基于现有的TPS最小峰值电流控制策略，对DAB的运行模式进行了分析，总结出可以获得最小副边侧峰值电流标幺值的4个运行模式，并基于该运行模式建立电压变比与最小峰值电流标幺值的曲线关系。根据关系曲线确定电压变比和功率标幺值的选取，最后基于所选取的功率标幺值、电压变比和峰值电流标幺值与电压变比的关系曲线图对DAB电路的关键参数进行设计：对电感值、变压器变比进行设计、原副边桥开关管电流应力。本专利技术将最小副边侧峰值电流的控制策略与宽输出电压范围有效结合在一起，能够使电路能够在满足器件电流应力的前提下，拓宽输出电压范围。附图说明图1为本专利技术中DAB主电路拓扑图；图2为本专利技术的流程图；图3为实施例中k＝2时功率标幺值2I2m*/p*与p*的关系曲线图；图4为实施例中p*＝0.83时电压变比k与峰值电流标幺值I2m*的关系曲线图；图5为实施例中电压变比k＝0.8时原副边桥输出电压uh1、uh2和电感电流iL波形图；图6为实施例中电压变比k＝0.8895时原副边桥输出电压uh1、uh2和电感电流iL波形图；图7为实施例中电压变比k＝1时原副边桥输出电压uh1、uh2和电感电流iL波形图；图8为实施例中电压变比k＝2时原副边桥输出电压uh1、uh2和电感电流iL波形图；图9为实施例中电压变比k＝14.22时原副边桥输出电压uh1、uh2和电感电流iL波形图；图10为实施例中电压变比k＝23.704时原副边桥输出电压uh1、uh2和电感电流iL波形图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。参见图1和图2，本专利技术包括以下步骤：步骤一，根据现有的TPS的最小电流峰值控制策略，建立不同工作模式和峰值电流标幺值I2m*的对应关系；步骤二，根据步骤一所得的对应关系建立电压变比k与最小峰值电流标幺值I2m*的关系曲线和2I2m*/p*与p*的关系曲线；步骤三，根据步骤二所得的两个关系曲线对额定输出电流Io所对应的功率标幺值p*和最大输出电压U2max所对应的电压变比k值进行选取；步骤四，根据步骤三选取的功率标幺值p*和电压变比k对DAB的关键参数进行设计和选型：对电感值L、变压器变比n进行设计，计算原副边桥开关管电流应力。实施例：本专利技术的DAB主电路拓扑如图1所示，具体实施流程图如图2所示。定义电压变比k、功率标幺值p*、峰值电流标幺值I2m*如下：其中PB为功率基值，I2mB为峰值电流基值本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有宽输出电压的双有源桥直流变换器的参数算法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一，根据现有的TPS的最小电流峰值控制策略，建立不同工作模式和峰值电流标幺值I

【技术特征摘要】
1.一种具有宽输出电压的双有源桥直流变换器的参数算法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，根据现有的TPS的最小电流峰值控制策略，建立不同工作模式和峰值电流标幺值I2m*的对应关系；
步骤二，根据步骤一所得的对应关系建立电压变比k与最小峰值电流标幺值I2m*的关系曲线和2I2m*/p*与p*的关系曲线；
步骤三，根据步骤二所得的两个关系曲线对额定输出电流Io所对应的功率标幺值p*和最大输出电压U2max所对应的电压变比k值进行选取；
步骤四，根据步骤三选取的功率标幺值p*和电压变比k对DAB的关键参数进行设计和选型：对电感值L、变压器变比n进行设计，计算原副边桥开关管电流应力。


2.根据权利要求1所述的一种具有宽输出电压的双有源桥直流变换器的参数算法，其特征在于，电压变比k、功率标幺值p*和峰值电流标幺值I2m*的计算方法如下：









其中，U1为输入电压，U2为输出电压，n为变压器变比，P为传输功率，PB为功率基值，I2m为变压器副边侧输出峰值电流，I2mB为变压器副边侧峰值电流基值；
功率基值PB和峰值电流基值I2mB的计算方法如：






其中，fs为开关频率，L为电感值。


3.根据权利要求1所述的一种具有宽输出电压的双有源桥直流变换器的参数算法，其特征在于，步骤三中，确定额定输出电流Io对应的功率标幺值p*max的方法如下：
结合峰值电流标幺值I2m*、功率基值PB、峰值电流基值I2mB以及公式P＝U2Io能够得到峰值电流与输出电流的关系：
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘增，张宏伟，刘仡然，蔡晓，王博利，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61