前言
為了實(shí)現(xiàn)高效率、高可靠性和高功率密度等，隔離型DC-DC變換器是直流供電系統(tǒng)不可缺少的電能轉(zhuǎn)換裝置，LC諧振變換器和DAB變換器因具有軟開關(guān)、高密度、低EMI等優(yōu)勢，是直流供電系統(tǒng)隔離變換器的常用拓?fù)洹ＶC振型變換器之前的筆記中也記錄了許多，本次所述為雙有源橋（DAB）變換器，該變換器存在電壓不匹配工況下，電流應(yīng)力大、傳輸效率低等問題，為了改善DAB變換器的性能，學(xué)者們從變換器拓?fù)?、調(diào)制方法等方面進(jìn)行優(yōu)化，其中通過調(diào)制方法優(yōu)化的研究最為常見，本次通過學(xué)習(xí)移相調(diào)制下變換器的特性，并配合PSIM仿真加深對原理的理解。
目錄
1 概述
2 SPS&DPS混合調(diào)制的DAB變換器優(yōu)化方法
3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
4 參考文獻(xiàn)
1 概述
雙向變換器的調(diào)制方法有以下3種，一是：①變頻，即通過改變工作頻率的方式改變電壓增益，從而改變傳輸?shù)哪芰?，但變頻調(diào)制給變壓器的設(shè)計(jì)帶來了很大的挑戰(zhàn)，一旦設(shè)計(jì)不 理可能會(huì)帶來更大的損耗，從而降低效率；二是：調(diào)占空比，即通過調(diào)節(jié)占空比的方式來控制傳輸?shù)哪芰?，因工作于硬開關(guān)狀態(tài)，在中大功率場合或?qū)ψ儞Q器效率要求較高的場合不宜應(yīng)用；三是：移相，即通過控制開關(guān)管之間的相位來產(chǎn)生變壓器前后兩端的相移和實(shí)現(xiàn)橋內(nèi)“占空比”調(diào)制，理論上可以實(shí)現(xiàn)空載到滿載范圍內(nèi)的全范圍軟開關(guān)。
DAB變換器采用第三種調(diào)制方法，最簡單的調(diào)制方式是單移相調(diào)制，其工作原理簡單、實(shí)現(xiàn)容易且可靠性高。隨著對效率的要求，單移相不能全范圍內(nèi)滿足高效率的要求，相繼的提出了擴(kuò)展移相、雙重移相、三重移相等調(diào)制方法，其目的都在于優(yōu)化變換器的性能，提高其傳輸效率，學(xué)習(xí)的過程中了解到混合調(diào)制方法，通過分析各種調(diào)制方式的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合各種調(diào)制的優(yōu)勢，提出新的混合調(diào)制方法以提高變換器的性能。DAB變換器拓?fù)淙鐖D1所示。
單移相調(diào)制單周期工作波形如圖2a所示，雙重移相調(diào)制單周期工作波形如圖2b所示。
DAB變換器通過調(diào)節(jié)開關(guān)管之間的相角的方法調(diào)節(jié)變換器傳輸?shù)哪芰?，具有寬的電壓工作范圍，根?jù)圖2中的工作波形，采用分段函數(shù)的方法可以推導(dǎo)出，電感電流峰峰值、電感電流有效值、傳輸功率等表達(dá)式，用軟件中做表達(dá)式的函數(shù)曲線，根據(jù)圖可以清楚的知道變換器的原理及電流應(yīng)力、傳輸功率，軟開關(guān)特性的影響因數(shù)，掌握了影響因數(shù)為優(yōu)化提供理論支撐。最近看了一些推送DAB的文章，下圖為一篇對DAB變換器的總結(jié)。
2 SPS&DPS混合調(diào)制的DAB變換器優(yōu)化方法
以電流有效值表達(dá)式作為目標(biāo)函數(shù)，軟開關(guān)限制條件作為不等式約束條件，功率傳輸條件為等式約束條件的條件函數(shù)。通過求取條件極值的方法，求解電流最小值。為簡化計(jì)算，建立以DPS調(diào)制下電流有效值的平方表達(dá)式為目標(biāo)函數(shù)，以功率傳輸?shù)仁阶鳛榧s束條件的拉格朗日函數(shù)
對上式聯(lián)立求解，可以得到DPS調(diào)制下最優(yōu)化路徑，如圖3所示。
3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
文中以DSP28335作為控制器搭建了變換器樣機(jī)，測試波形如圖4所示。
文中通過實(shí)驗(yàn)證明了優(yōu)化方法的有效性。通過分析和實(shí)際測試，DAB變換器工作在重載時(shí)，SPS調(diào)制下傳輸功率最大，而為了改善輕載下變換器的性能，通過雙移相、多移相方式優(yōu)化電流應(yīng)力和環(huán)流功率方法實(shí)現(xiàn)。
通過移相的方式可以優(yōu)化變換器的性能，通常為了驗(yàn)證方法的可行性，利用軟件先對方法進(jìn)行仿真驗(yàn)證，基于PSIM的仿真模型如圖5所示，該案例為SPS調(diào)制，是最基本的模型，可以在此模型上進(jìn)行驗(yàn)證參數(shù)的合理性。
該文對DAB變換器的工作原理進(jìn)行分析，提出了SPS與DPS結(jié)合的調(diào)制策略，通過拉格朗日函數(shù)的方法優(yōu)化電流應(yīng)力，給出了全范圍的最優(yōu)軌跡。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的合理性和有效性。
4 參考文獻(xiàn)
[1] 雙重移相控制與傳統(tǒng)移相控制相結(jié)合的雙有源橋式DC-DC變換器優(yōu)化控制策略_吳俊娟
往期筆記
文獻(xiàn)筆記1---“一種適用于半橋LLC的調(diào)幅調(diào)頻混合控制方法”
文獻(xiàn)筆記2---一種應(yīng)用于SR-DAB的DPS-VF控制方法
文獻(xiàn)筆記4---一種寬輸出單級隔離型無橋PFC拓?fù)?/a>
文獻(xiàn)筆記5---基于無傳感器的Mhz高壓LLC變換器SR技術(shù)
文獻(xiàn)筆記6---開關(guān)電源環(huán)路補(bǔ)償設(shè)計(jì)
文獻(xiàn)筆記7---全橋CLL諧振變換器諧振參數(shù)優(yōu)化方法
文獻(xiàn)筆記8---LLC變換器的平面磁設(shè)計(jì)與整體參數(shù)優(yōu)化
文獻(xiàn)筆記9---LLC-DCX變換器并機(jī)諧振網(wǎng)絡(luò)及均流優(yōu)化
文獻(xiàn)筆記10---一種高效率BBLLC-LLC混合變換器
文獻(xiàn)筆記11---半橋三電平LLC變換器諧振參數(shù)優(yōu)化
文獻(xiàn)筆記12---一種單級隔離型軟開關(guān)PFC變換器
文獻(xiàn)筆記13---一種具有短路限制的GaN及驅(qū)動(dòng)、保護(hù)的實(shí)現(xiàn)
文獻(xiàn)筆記14---一種分段氣隙的CLLC變換器平面變壓器設(shè)計(jì)
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