一種雙向dc-dc變換器電流臨界連續統一控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種雙向DC-DC變換器電流臨界連續統一控制方法，尤其設及一種雙 有源橋雙向DC-DC變換器的電流臨界連續統一控制方法，屬于電力電子領域的高頻隔離開 關電源方向。
【背景技術】
[0002] 隨著電力電子技術的發展，雙向、高頻隔離、高效率的變換器的需求逐步增加，尤 其是在包含儲能單元的固態變壓器，高壓直流輸電，微電網等各種供電系統場合。運些系統 由于需要對儲能單元進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。另 夕h高的傳遞效率能夠提高整個變換裝置的功率密度，增加可靠性，節約成本，因此也成為 另一個重要的指標。對于前述的應用場合，雙有源橋雙向DC-DC變換器因為其具有廣泛的應 用前景而被大量研究。
[0003] 常用類型的一種雙向DC-DC變換器的拓撲結構圖如圖1所示，該拓撲結構為對稱結 構，變壓器一次側和二次側都是由開關管組成的全橋電路，所述的兩個全橋電路由一個高 頻變壓器連接。此種類型的變換器包含=個控制變量，包括一次側全橋電路的兩個橋臂中 屯、點之間的電壓VAB，二次側全橋電路兩個橋臂中屯、點之間的電壓VCD，W及VAB和VCD之間的移 向角。通過控制一次側開關管的驅動信號可W調節電壓VAB的占空比大小;通過控制二次側 開關管的驅動信號可W調節電壓VCD的占空比大小;通過調節一次側與二次側開關管信號之 間的相位差可W實現對VAB和VCD之間的移向角的控制。目前針對雙有源橋雙向DC-DC變換器 控制方法可W分為兩大類:a)傳統的單移向控制策略，b)移向加 PWM控制策略。其中移向加 PWM控制策略又可W兩個控制自由度的控制策略和=個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】上發表的'A bidirectional DC-DC converter for an energy storage system with galvanic isolation'一文使用的是傳統的單移向控制策略。運種控制策略能夠實現功率的雙向流控 審IJ。但是，當儲能側的電壓波動時，其的軟開關條件將不會滿足，而且環流損耗與導通損耗 會增加。2012年在IE邸Transaction on power elechonics【電力電子期刊】上發表的 ('Extended-ph曰se-shift control of isol曰ted bidirection曰I dc-dc converter for power distr化Ution in microgrid"-文不僅僅控制兩個有源橋之間的移向角，還控制各 個有源橋的兩個橋臂之間的移向角。運種方法歸納為含有兩個自由度的移向加 PWM控制方 法。該方法能有效減小無功損耗和環流損耗，但是引入另外一個控制自由度，增加了控制的 復雜程度，導致運種控制方法難W實時計算。2012年在IEEE Transaction on power electronics【電力電子期刊】上發表的"Stability analysis of isolated bidirectional dual active full-bridge dc-dc converter with triple phase shift control"屬于包含S個控制自由度的移向加 PWM控制。運種方法能進一步減小變換器的無 功損耗與環流損耗，使變換器工作在全范圍輸入的最優狀態。然而，控制單元包含=個自由 度，使控制單元很難統一和實時計算。而且，其中的變換器工作區域的切換增加了控制的復 雜程度。
【發明內容】
[000引為克服前述的常用類型的雙有源橋雙向DC-DC變換器控制器設計復雜、減小無功 損耗與導通損耗等相關問題，本發明公開的一種雙向DC-DC變換器電流臨界連續統一控制 方法，要解決的技術問題是針對常用類型的雙向DC-DC變換器的拓撲結構提供一種雙有源 橋雙向DC-DC變換器電流臨界連續統一控制的方法，減小電路的無功損耗，減小開關管電流 應力和變換器的環流損耗，提高變換器的效率和可靠性；同時能極大降低控制單元的復雜 程度。
[0006] 本發明的目的是通過下述技術方案實現的。
[0007] 常用類型的雙有源橋雙向DC-DC變換器包含S個控制變量，包括一次側全橋電路 的兩個橋臂中屯、點之間的電壓VAB，二次側全橋電路兩個橋臂中屯、點之間的電壓VCD，W及變 壓器一次側電壓VAB和變壓器二次側電壓VCD之間的移向角。本發明公開的一種雙向DC-DC變 換器電流臨界連續統一控制方法，通過將二次側的輸出電壓的給定Vref與實際二次側的輸 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節變壓器一次側電壓VAB和 變壓器二次側電壓VCD之間的移向角控制信號辟。根據移向角控制信號0、邊界條件W及變壓 器一次側電壓VAB和變壓器二次側電壓VCD之間的控制條件能夠得到用于控制變壓器一次側 電壓VAB的控制信號山和控制變壓器二次側電壓VCD的控制信號Cb。通過所述的邊界條件W及 控制條件能夠使變壓器電流處于臨界連續的模式。根據移向角控制信號滬、控制信號山和控 制信號Cb，驅動產生單元產生相對應的開關管驅動控制信號，從而控制變換器的一次側電 壓VAB和變壓器二次側電壓VcdW及變壓器一次側電壓VAB和變壓器二次側電壓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。使得電路的無功損耗減小， 開關管電流應力和變換器的環流損耗減小，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一個電壓控制器即可實現對所述的雙向DC-DC變換器的控 審IJ，能夠降低控制單元的復雜程度。所述的電壓控制器優選比例積分PI控制器。
[0009] 所述的邊界條件根據移向角控制信號巧大小可分為邊界條件(a)和邊界條件(b) 兩種：
[0010] 當移向角控制信號碎大于等于零時，則利用邊界條件(a)如公式(1)所示，
[00"] ^+。(/|隔=0.5 (1)
[0012]當移向角控制信號中小于零時，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分別為對變換器的一次側與二次側的有源橋直流電壓;n為變壓器一次 側對二次側的變比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撲結構，一次側與二次側可W互換。
[0018] 本發明公開的一種雙向DC-DC變換器電流臨界連續統一控制方法，包括如下步驟，
[0019] 步驟一、確定變換器二次側直流輸出電壓給定Vref ;
[0020] 步驟二、對變換器的一次側與二次側的有源橋直流電壓進行采樣，分別記為Vi和 V2。計算輸出電壓給定值Vref與V2的差值，所述的差值作為輸出電壓調節器的輸入。所述電壓 調節器的輸出作為變壓器一次側電壓VAB和變壓器二次側電壓VCD之間的移向角控制信號暫；
[0021] 步驟S、根據移向角控制信號夢、邊界條件和變壓器一次側電壓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電壓VAB的控制信號山和變壓器 二次側電壓VCD的控制信號Cb。通過所述的邊界條件W及控制條件能夠使變壓器電流處于臨 界連續的模式。
[0022] 步驟3.1、給出用于求解控制信號di或控制信號Cb的邊界條件。
[0023] 當移向角控制信號巧大于等于零時，則利用邊界條件(a)如公式（1)所示，得到控 制信號山。
[0024] (p+ndiViiVi^O.S Cl)
[00巧]當移向角控制信號小于零時，則利用邊界條件(b)如公式(2)所示，得到控制信 號cb。
[0026] -護+成 py (巧['I)二 0.5 (2)
[0027] 其中Vi, V2分別為變換器的一次側與二次側的有源橋直流電壓采樣值，n為變壓器