一種雙向dc-dc變換器電流臨界連續(xù)統(tǒng)一控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種雙向DC-DC變換器電流臨界連續(xù)統(tǒng)一控制方法，尤其設(shè)及一種雙 有源橋雙向DC-DC變換器的電流臨界連續(xù)統(tǒng)一控制方法，屬于電力電子領(lǐng)域的高頻隔離開(kāi) 關(guān)電源方向。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，雙向、高頻隔離、高效率的變換器的需求逐步增加，尤 其是在包含儲(chǔ)能單元的固態(tài)變壓器，高壓直流輸電，微電網(wǎng)等各種供電系統(tǒng)場(chǎng)合。運(yùn)些系統(tǒng) 由于需要對(duì)儲(chǔ)能單元進(jìn)行充放電的能量控制，要求變換器具有雙向可控功率流的特點(diǎn)。另 夕h高的傳遞效率能夠提高整個(gè)變換裝置的功率密度，增加可靠性，節(jié)約成本，因此也成為 另一個(gè)重要的指標(biāo)。對(duì)于前述的應(yīng)用場(chǎng)合，雙有源橋雙向DC-DC變換器因?yàn)槠渚哂袕V泛的應(yīng) 用前景而被大量研究。
[0003] 常用類(lèi)型的一種雙向DC-DC變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖1所示，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為對(duì)稱(chēng)結(jié) 構(gòu)，變壓器一次側(cè)和二次側(cè)都是由開(kāi)關(guān)管組成的全橋電路，所述的兩個(gè)全橋電路由一個(gè)高 頻變壓器連接。此種類(lèi)型的變換器包含=個(gè)控制變量，包括一次側(cè)全橋電路的兩個(gè)橋臂中 屯、點(diǎn)之間的電壓VAB，二次側(cè)全橋電路兩個(gè)橋臂中屯、點(diǎn)之間的電壓VCD，W及VAB和VCD之間的移 向角。通過(guò)控制一次側(cè)開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)可W調(diào)節(jié)電壓VAB的占空比大小;通過(guò)控制二次側(cè) 開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)可W調(diào)節(jié)電壓VCD的占空比大小;通過(guò)調(diào)節(jié)一次側(cè)與二次側(cè)開(kāi)關(guān)管信號(hào)之 間的相位差可W實(shí)現(xiàn)對(duì)VAB和VCD之間的移向角的控制。目前針對(duì)雙有源橋雙向DC-DC變換器 控制方法可W分為兩大類(lèi):a)傳統(tǒng)的單移向控制策略，b)移向加 PWM控制策略。其中移向加 PWM控制策略又可W兩個(gè)控制自由度的控制策略和=個(gè)控制自由度的控制策略。
[0004] 2007年在IE邸Transaction on power electronics【電力電子期刊】上發(fā)表的'A bidirectional DC-DC converter for an energy storage system with galvanic isolation'一文使用的是傳統(tǒng)的單移向控制策略。運(yùn)種控制策略能夠?qū)崿F(xiàn)功率的雙向流控 審IJ。但是，當(dāng)儲(chǔ)能側(cè)的電壓波動(dòng)時(shí)，其的軟開(kāi)關(guān)條件將不會(huì)滿(mǎn)足，而且環(huán)流損耗與導(dǎo)通損耗 會(huì)增加。2012年在IE邸Transaction on power elechonics【電力電子期刊】上發(fā)表的 ('Extended-ph曰se-shift control of isol曰ted bidirection曰I dc-dc converter for power distr化Ution in microgrid"-文不僅僅控制兩個(gè)有源橋之間的移向角，還控制各 個(gè)有源橋的兩個(gè)橋臂之間的移向角。運(yùn)種方法歸納為含有兩個(gè)自由度的移向加 PWM控制方 法。該方法能有效減小無(wú)功損耗和環(huán)流損耗，但是引入另外一個(gè)控制自由度，增加了控制的 復(fù)雜程度，導(dǎo)致運(yùn)種控制方法難W實(shí)時(shí)計(jì)算。2012年在IEEE Transaction on power electronics【電力電子期刊】上發(fā)表的"Stability analysis of isolated bidirectional dual active full-bridge dc-dc converter with triple phase shift control"屬于包含S個(gè)控制自由度的移向加 PWM控制。運(yùn)種方法能進(jìn)一步減小變換器的無(wú) 功損耗與環(huán)流損耗，使變換器工作在全范圍輸入的最優(yōu)狀態(tài)。然而，控制單元包含=個(gè)自由 度，使控制單元很難統(tǒng)一和實(shí)時(shí)計(jì)算。而且，其中的變換器工作區(qū)域的切換增加了控制的復(fù) 雜程度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引為克服前述的常用類(lèi)型的雙有源橋雙向DC-DC變換器控制器設(shè)計(jì)復(fù)雜、減小無(wú)功 損耗與導(dǎo)通損耗等相關(guān)問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)的一種雙向DC-DC變換器電流臨界連續(xù)統(tǒng)一控制 方法，要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)常用類(lèi)型的雙向DC-DC變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提供一種雙有源 橋雙向DC-DC變換器電流臨界連續(xù)統(tǒng)一控制的方法，減小電路的無(wú)功損耗，減小開(kāi)關(guān)管電流 應(yīng)力和變換器的環(huán)流損耗，提高變換器的效率和可靠性；同時(shí)能極大降低控制單元的復(fù)雜 程度。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0007] 常用類(lèi)型的雙有源橋雙向DC-DC變換器包含S個(gè)控制變量，包括一次側(cè)全橋電路 的兩個(gè)橋臂中屯、點(diǎn)之間的電壓VAB，二次側(cè)全橋電路兩個(gè)橋臂中屯、點(diǎn)之間的電壓VCD，W及變 壓器一次側(cè)電壓VAB和變壓器二次側(cè)電壓VCD之間的移向角。本發(fā)明公開(kāi)的一種雙向DC-DC變 換器電流臨界連續(xù)統(tǒng)一控制方法，通過(guò)將二次側(cè)的輸出電壓的給定Vref與實(shí)際二次側(cè)的輸 出采樣值V2的差值作為電壓控制器的輸入，控制器的輸出用于調(diào)節(jié)變壓器一次側(cè)電壓VAB和 變壓器二次側(cè)電壓VCD之間的移向角控制信號(hào)辟。根據(jù)移向角控制信號(hào)0、邊界條件W及變壓 器一次側(cè)電壓VAB和變壓器二次側(cè)電壓VCD之間的控制條件能夠得到用于控制變壓器一次側(cè) 電壓VAB的控制信號(hào)山和控制變壓器二次側(cè)電壓VCD的控制信號(hào)Cb。通過(guò)所述的邊界條件W及 控制條件能夠使變壓器電流處于臨界連續(xù)的模式。根據(jù)移向角控制信號(hào)滬、控制信號(hào)山和控 制信號(hào)Cb，驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生單元產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，從而控制變換器的一次側(cè)電 壓VAB和變壓器二次側(cè)電壓VcdW及變壓器一次側(cè)電壓VAB和變壓器二次側(cè)電壓VCD之間的移向 角?。所述的邊界條件W及控制條件能夠使變壓器電流處于臨界連續(xù)的模式，使變換器在 同等輸出功率的情況下具有較大的占空比W及較小的移向角。使得電路的無(wú)功損耗減小， 開(kāi)關(guān)管電流應(yīng)力和變換器的環(huán)流損耗減小，從而能夠提高變換器的效率和可靠性。
[0008] 所述的控制器僅通過(guò)一個(gè)電壓控制器即可實(shí)現(xiàn)對(duì)所述的雙向DC-DC變換器的控 審IJ，能夠降低控制單元的復(fù)雜程度。所述的電壓控制器優(yōu)選比例積分PI控制器。
[0009] 所述的邊界條件根據(jù)移向角控制信號(hào)巧大小可分為邊界條件(a)和邊界條件(b) 兩種：
[0010] 當(dāng)移向角控制信號(hào)碎大于等于零時(shí)，則利用邊界條件(a)如公式(1)所示，
[00"] ^+。(/|隔=0.5 (1)
[0012]當(dāng)移向角控制信號(hào)中小于零時(shí)，則利用邊界條件(b)如公式(2)所示，
[001 引-外成 Fy(MFi)=O. 5 (2)
[0014]其中Vi，V2分別為對(duì)變換器的一次側(cè)與二次側(cè)的有源橋直流電壓;n為變壓器一次 側(cè)對(duì)二次側(cè)的變比l:n。
[001引所述的控制條件如公式(3)所示。
[0016] nVidi = V2d2 (3)
[0017] 所述的變換器為雙向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，一次側(cè)與二次側(cè)可W互換。
[0018] 本發(fā)明公開(kāi)的一種雙向DC-DC變換器電流臨界連續(xù)統(tǒng)一控制方法，包括如下步驟，
[0019] 步驟一、確定變換器二次側(cè)直流輸出電壓給定Vref ;
[0020] 步驟二、對(duì)變換器的一次側(cè)與二次側(cè)的有源橋直流電壓進(jìn)行采樣，分別記為Vi和 V2。計(jì)算輸出電壓給定值Vref與V2的差值，所述的差值作為輸出電壓調(diào)節(jié)器的輸入。所述電壓 調(diào)節(jié)器的輸出作為變壓器一次側(cè)電壓VAB和變壓器二次側(cè)電壓VCD之間的移向角控制信號(hào)暫；
[0021] 步驟S、根據(jù)移向角控制信號(hào)夢(mèng)、邊界條件和變壓器一次側(cè)電壓VAB和變壓器二次 偵帷壓VCD之間的控制條件能夠得到用于控制變壓器一次側(cè)電壓VAB的控制信號(hào)山和變壓器 二次側(cè)電壓VCD的控制信號(hào)Cb。通過(guò)所述的邊界條件W及控制條件能夠使變壓器電流處于臨 界連續(xù)的模式。
[0022] 步驟3.1、給出用于求解控制信號(hào)di或控制信號(hào)Cb的邊界條件。
[0023] 當(dāng)移向角控制信號(hào)巧大于等于零時(shí)，則利用邊界條件(a)如公式（1)所示，得到控 制信號(hào)山。
[0024] (p+ndiViiVi^O.S Cl)
[00巧]當(dāng)移向角控制信號(hào)小于零時(shí)，則利用邊界條件(b)如公式(2)所示，得到控制信 號(hào)cb。
[0026] -護(hù)+成 py (巧['I)二 0.5 (2)
[0027] 其中Vi, V2分別為變換器的一次側(cè)與二次側(cè)的有源橋直流電壓采樣值，n為變壓器