移相控制的双有源桥变换器回流功率研讨

移相控制的双有源桥变换器回流功率研讨

摘要 本文在EPS和DPS控制的基础上分析了产生回流功率的根本原因，进一步提出了基于三重移相（TPS）控制完全消除双侧回流功率的方案。

关键词 移相控制；双有源桥；变换器；回流功率

双有源桥（DAB）DC-DC变换器具有双向功率传输、高功率密度、对称结构、电气隔离等特点，被广泛地应用需要能量储存和双向传输的场合。传统的单移相（SPS）控制简单易于实施，但存在较大的功率回流，增加了导通损耗。扩展移相（EPS）控制和双重移相（DPS）控制引入了桥内移相，有助于实现回流功率的消除，但前者只能优化引入内移相侧全桥的回流功率，后者只能减少双侧或完全消除一侧的回流功率。

1 回流功率分析

1.1 DAB变换器结构

双有源桥DC-DC变换器主要由高频变压器，电感L（辅助电感和变压器等效漏感之和），变压器连接的双侧有源全桥及电容C1、C2和电源U1、U2组成。本文均以功率由一次侧向二次侧传输为例进行分析，且U1>nU2。其中iin表示一次侧输入电流，io表示二次侧输出电流，iL表示电感电流，并規定图中所示流向为电流正方向；Uh1、Uh2分别为两侧全桥的输出电压，n为变压器变比。

1.2 回流功率的产生

根据相关三种移相方式的控制原理图，D0为半个开关周期（记为Th）内的桥间移相比；D1为两侧全桥内的移相比。EPS控制在一侧全桥内存在移相（本文以一次侧扩展内移相为例），DPS控制在两侧全桥内存在移相，且都为D1。通过对比可以发现：SPS和EPS控制方式在两侧都存在回流；DPS控制方式在1-D1D0时，输入侧仍有回流存在，但io在整个周期内都为非负值，即输出侧不存在回流。

Uh1与iL方向相反时，功率回流到输入侧电源U1中；Uh2与iL方向相反时，功率从输出侧电源U2回流到变换器中。由相关分析可得，全桥输出电压Uh和电感电流iL存在极性相反的阶段，正是造成两侧回流功率的根本原因[1]。

2 基于三重移相控制消除回流功率

2.1 三重移相控制原理

3 仿真验证

为了验证方案的可行性进行仿真分析。主要参数如下：L=200μH、f=10kHz、C1=C2=2200μF、n=1、U1=220V，U2的值由m决定。m分别为0.5和1.6时，变换器工作在重载状态和轻载状态下的运行波形相关图可知。变换器无论是在重载状态还是轻载状态，双侧均没有回流功率产生。仿真结果与理论分析相符，证明了理论分析的正确性。

4 结束语

综上所述，本文提出了一种基于三重移相控制消除双侧回流功率的策略，通过合理调节D1、D2和D0使全桥输出电压与电感电流在整个工作周期内极性相同。仿真结果表明变换器在不同电压匹配比下均无回流功率产生，验证了该策略的正确性。

参考文献

[1] 周路遥.双有源全桥双向DC--DC变换器典型拓扑研究[D].北京：北京交通大学，2016.

[2] 李娟.基于双有源桥的并网双向AC/DC变换器技术研究[D].南京：南京航空航天大学，2015.