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结合电流应力优化与虚拟电压补偿的双有源桥DC-DC变换器三重移相优化控制

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电工技术学报 2022年第10期37卷 2559-2571页

作者：蔡逢煌石安邦江加辉王武林琼斌福州大学电气工程与自动化学院福州350108 青岛大学电气工程学院青岛266071

为了同时减小双有源桥(DAB)DC-DC变换器的电流应力和提高动态响应速度,该文在建立三重移相下六种模式的传输功率、电流应力等工作特性模型的基础上,提出一种基于三重移相的结合电流应力优化与虚拟电压补偿的控制方法。该方法由电流应力... 详细信息

为了同时减小双有源桥(DAB)DC-DC变换器的电流应力和提高动态响应速度,该文在建立三重移相下六种模式的传输功率、电流应力等工作特性模型的基础上,提出一种基于三重移相的结合电流应力优化与虚拟电压补偿的控制方法。该方法由电流应力最优移相角模型和虚拟电压补偿方法构成,通过KKT条件获取电流应力最优的移相角模型,结合虚拟电压补偿方案估算传输功率值以提高负载突变及输入电压扰动时的动态响应速度。该方法在保证电流应力优化的同时,能够实现快速的动态响应,并且参数易于调节,可移植性好。最后,搭建了一台小功率样机进行三种方案的对比实验,验证了该文控制方法的正确性及优越性。

关键词：双有源桥DC-DC变换器三重移相电流应力动态性能虚拟电压补偿

基于三重移相的双有源桥DC-DC变换器效率与动态性能混合优化控制策略

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电工技术学报 2022年第18期37卷 4720-4731页

作者：王攀攀徐泽涵王莉高利强王轩中国矿业大学电气与动力工程学院徐州221116

为提升双有源桥(DAB)DC-DC变换器的效率和动态响应速度,在三重移相控制的基础上,提出一种混合优化控制策略。首先,从三重移相控制下的DAB工作模式中,选出两种作为变换器的实际工作模式,并引入新的外移相角,用以降低变换器建模和后续优... 详细信息

为提升双有源桥(DAB)DC-DC变换器的效率和动态响应速度,在三重移相控制的基础上,提出一种混合优化控制策略。首先,从三重移相控制下的DAB工作模式中,选出两种作为变换器的实际工作模式,并引入新的外移相角,用以降低变换器建模和后续优化设计的难度;然后,分析这两种模式的工作特性,推导各自模式下的传输功率模型、电流应力表达式和软开关约束条件,借助Karush-Kuhn-Tucker条件法,求出满足最小电流应力和软开关条件的最优移相比组合;之后,建立输出电压状态空间模型,利用当前电压电流信息预测下一时刻输出电压,以改善变换器的动态性能;最后,搭建实验样机,验证了所提混合优化控制策略的有效性和优越性。

关键词：双有源桥三重移相全功率范围软开关电流应力动态性能

双有源桥DC-DC变换器三重移相优化控制策略

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红水河 2022年第4期41卷 102-107页

作者：谢锡锋王江伟张婧梁梅广西水利电力职业技术学院广西南宁530023

为了减小双有源桥DC-DC变换器的电流应力和增强其动态性能,提出一种优化的三重移相控制策略(OTPS),推导了TPS控制下变换器的传输功率模型,以电感电流有效值最小为优化目标,结合开关管软开关条件,应用拉格朗日极值法求解得到了最优的移相... 详细信息

为了减小双有源桥DC-DC变换器的电流应力和增强其动态性能,提出一种优化的三重移相控制策略(OTPS),推导了TPS控制下变换器的传输功率模型,以电感电流有效值最小为优化目标,结合开关管软开关条件,应用拉格朗日极值法求解得到了最优的移相比,优化了TPS控制策略,实现漏感电流有效值最小且动态响应时间最短。仿真和实验结果验证了所提出的控制策略的有效性。

关键词：双有源桥 DC-DC变换器三重移相控制策略

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双有源桥三重移相电感峰值电流优化

电工技术 2023年第23期 56-58,62页

作者：张可张德华浙江大学电气工程学院浙江杭州310027

针对双有源桥效率的提高,提出三重移相最小电流优化的控制方法。阐述了三重移相的基本原理,通过控制原副边内移相角、桥间移相角3个自由变量进而改变功率的输出;分析了三重移相正向的6个工作模式。在此基础上,进一步推导三重移相功率特... 详细信息

针对双有源桥效率的提高,提出三重移相最小电流优化的控制方法。阐述了三重移相的基本原理,通过控制原副边内移相角、桥间移相角3个自由变量进而改变功率的输出;分析了三重移相正向的6个工作模式。在此基础上,进一步推导三重移相功率特性,得到不同模式下的表达式,并给出各模式的功率范围;再利用6种模式特性,得到其峰值电流特性,并以峰值电流优化作为目标,结合KKT推导得到最小峰值电流控制。最后通过1.2 kW实验平台,进行了单移相控制与三重移相峰值电流优化控制实验。实验结果表明峰值优化控制可以减小功率电感峰值电流,效率得到提高。

关键词：双有源桥三重移相最小电流优化

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DAB变换器控制系统的研究

冶金自动化 2024年第S1期 155-159页

作者：张泽乾刘丛伟北方工业大学电气与控制工程学院

DC-DC变换器可以实现直流电压源的转换和灵活的能量传输，它具有高效率和高功率密度的优点。隔离式DC-DC变换器具有一次侧和二次侧电气隔离、减少电磁干扰、增大稳压范围等优点，受到广泛关注。双有源桥式DC-DC变换器常用的控制策略是... 详细信息

DC-DC变换器可以实现直流电压源的转换和灵活的能量传输，它具有高效率和高功率密度的优点。隔离式DC-DC变换器具有一次侧和二次侧电气隔离、减少电磁干扰、增大稳压范围等优点，受到广泛关注。双有源桥式DC-DC变换器常用的控制策略是移相控制。采用PI控制器的相移控制在动态性能上存在不足，不能满足系统要求。滑模控制作为一种非线性控制方法可以用在线性和非线性控制系统中，而DAB变换器实质上是一种随开关导通和关断而改变结构的非线性系统。滑模控制对外部扰动以及参数不敏感，具有优良的鲁棒性，因此被广泛应用在控制领域中，滑模控制的缺点是系统运行时会产生抖振现象，影响系统的性能，严重时会使系统崩溃。本文在DAB变换器基础上提出一种TPS超螺旋滑模控制，该控制策略降低抖振的同时动态性能也有所提高，结合最小电流应力策略对稳态和动态性能同时优化，并在后续仿真和实验中进行了论证。

关键词：三重移相 DAB变换器最小电流应力策略超螺旋滑模控制

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基于DAB的车载充电机DC/DC变换器

基于DAB的车载充电机DC/DC变换器

作者：张可浙江大学

学位级别：硕士

电动汽车是新能源工业的代表之一,在能源短缺和环境污染的双重危机下,电动汽车作为新能源工业的代表,对其控制和应用技术展开研究,具有重要意义。车载充电机是电动汽车的重要组成部分,起着供给高质量电能的关键作用,充电机性能的好坏,... 详细信息

电动汽车是新能源工业的代表之一,在能源短缺和环境污染的双重危机下,电动汽车作为新能源工业的代表,对其控制和应用技术展开研究,具有重要意义。车载充电机是电动汽车的重要组成部分,起着供给高质量电能的关键作用,充电机性能的好坏,直接影响到电动汽车行驶里程。目前车载充电机的发展趋向于高功率密度、高压高频化以及宽禁带器件的应用。其中,DAB拓扑是车载充电机DC/DC的核心解决方案,本文将以DAB为研究对象,重点研究其优化控制策略。主要内容如下:1.研究了DAB控制方法,重点研究了三重移相控制以及增益特性。针对变换器电流应力、环流、效率,通过对变换器电流应力、环流、效率的分析,展现了三重移相控制方案的优越性;并进一步研究了DAB增益特性,有利于把握变换器不同工况下的边界。2.基于峰值电流优化的三重移相调制以及增益特性的研究。三重移相由于拥有三个移相角,其控制调节范围大,同时也带来了电流应力相对较大的问题,为了解决这个问题,研究了峰值电流优化调制,提高效率;同时,研究了三重移相的增益特性,有助于了解变换器工作方式。3.基于Δ-Σ采样的直流偏置抑制。研究了DAB产生直流偏置的原因、阐述了Δ-Σ采样的原理,并利用Δ-Σ采样技术相结合减小了整机体积,节省了成本。4.设计了10k W DAB变换器。针对车载充电机的发展趋势,采用了三重移相控制、峰值电流优化调制技术、Δ-Σ采样技术,设计了800V样机平台。同时在器件选择、布局设计、驱动设计、辅电结构设计、双脉冲实验等方面介绍样机的设计并进行功能验证。

关键词： DAB 三重移相最小电流优化

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双有源桥直流变换器的优化调制策略研究

双有源桥直流变换器的优化调制策略研究

作者：李睿合肥工业大学

学位级别：硕士

双有源桥(dual-active-bridge,DAB)DC-DC变换器由于具有输入输出电气隔离、功率密度高、能量双向流动、易实现软开关等优点,在储能、电动汽车等需要功率双向传输的场合得到了广泛的应用。变换器的效率优化作为近年来的研究热点,得到了... 详细信息

双有源桥(dual-active-bridge,DAB)DC-DC变换器由于具有输入输出电气隔离、功率密度高、能量双向流动、易实现软开关等优点,在储能、电动汽车等需要功率双向传输的场合得到了广泛的应用。变换器的效率优化作为近年来的研究热点,得到了广泛讨论。由于近年来电力电子装置向着小型化高功率密度的方向发展,开关频率不断提高,开关损耗在总损耗中的占比也逐渐增大,因此在全功率范围实现全部开关器件的ZVS(ALL-ZVS)对于DAB变换器传输效率的提升具有重要意义。在考虑开关器件结电容后,变换器在部分功率区间无法实现ALL-ZVS,导致开关损耗增大,传输效率降低。针对以上问题,本文在三重移相控制的基础上提出了一种软开关优化调制策略,进一步提升了变换器在该功率区间实现ZVS的开关器件数量,从而有效提高了系统效率。本文工作具体安排如下:首先本文以DAB变换器为研究对象,详细分析了变换器在TPS调制下的工作原理和ZVS特性,划分了工作模式,建立了传输功率和电流应力的数学模型。在此基础上,本文针对已有TPS优化策略在无法实现ALL-ZVS的功率区间开关损耗较大的问题,通过对比变换器在不同ZVS约束条件下的开关特性,推导最优ZVS约束条件下的解析表达式,提出了一种改进的软开关优化调制策略,得到了DAB变换器在降压和升压两种工况下的闭环全局最优解。并和现有文献进行比较,结果表明:采用该调制策略,可将变换器在无法实现ALL-ZVS功率区间的ZVS器件数量由原先的2或4个提升至6个,有效减小了开关损耗,从而显著提升了变换器在高开关频率下的传输效率和运行稳定性。最后在实验室搭建了一台开关频率为100k Hz的DAB变换器实验样机,对本文所提优化调制策略进行了实验验证,实验结果证明了本文所提策略的正确性和有效性。

关键词：双有源桥三重移相 ZVS

能量路由器中DAB变换器电流应力优化与ZVS控制方法

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广西电力 2022年第6期45卷 74-80页

作者：谢锡锋吴雪松王江伟陈涛广西水利电力职业技术学院广西南宁530023

针对能量路由器中双有源桥(Dual Active Bridge,DAB)变换器的传输效率不高、电流应力大和动态性能不佳的问题,提出一种基于最小变压器漏感电流与全功率范围开关器件零电压开通(Zero Voltage Switching,ZVS)相结合的三重移相(Triple Phas... 详细信息

针对能量路由器中双有源桥(Dual Active Bridge,DAB)变换器的传输效率不高、电流应力大和动态性能不佳的问题,提出一种基于最小变压器漏感电流与全功率范围开关器件零电压开通(Zero Voltage Switching,ZVS)相结合的三重移相(Triple Phase Shift,TPS)控制方法。该方法通过对TPS调制下DAB变换器的漏感电流特性、传输功率特性和软开关特性进行分析,推导出三个控制变量(D_(1),D_(2),D_(φ))间的最优关系表达式,优化了传统TPS控制,根据负载情况,灵活切换控制模式,使得所有开关器件均实现ZVS和电感电流有效值最小。仿真实验结果证明了所提控制策略的有效性及正确性。

关键词：能量路由器 DAB变换器零电压开通电流应力三重移相

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DAB变换器暂态直流偏置的分析和抑制策略

电力电子技术 2021年第10期55卷 112-116页

作者：王付胜翟敬宇李睿程维正合肥工业大学电气与自动化工程学院安徽合肥230009

双有源桥(DAB)变换器在闭环追踪功率快速调节的过程中,移相比的突变会造成随后几个开关周期内暂态直流偏置的产生。暂态直流偏置会导致开关管电流应力增大,严重时还会引发变压器磁饱和。此处重点分析DAB变换器在三重移相(TPS)控制下,通... 详细信息

双有源桥(DAB)变换器在闭环追踪功率快速调节的过程中,移相比的突变会造成随后几个开关周期内暂态直流偏置的产生。暂态直流偏置会导致开关管电流应力增大,严重时还会引发变压器磁饱和。此处重点分析DAB变换器在三重移相(TPS)控制下,通过调整暂态过程期间开关管开通关断时刻,使DAB变换器在移相比突变之后在一个开关周期内过渡到下一稳定状态。该方案可以减小移相比突变带来的电流冲击和直流偏置,加快暂态过渡过程,且该方案同样适用于单移相(SPS)、扩展移相(EPS)和双重移相(DPS)。最后搭建实验平台,通过实验结果验证了该方案的有效性。

关键词：变换器三重移相电流应力