第４５卷第９期２０１１年９月电力电子技术ＰｏｗｅｒＥ１ｅｃｔｍｎｉｃｓＶ０１．４５．Ｎｏ．９Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ２０１１全桥双向ＤＣ／ＤＣ变换器移相控制策略的改进刁卓，孙旭东（清华大学，电机工程与应用电子技术系，北京１０００８４）摘要：在全桥双向Ｄｃ，Ｄｃ变换器（ＢＤｃ）的传统移相控制策略中。存在循环能量的问题。针对此问题，提出了一种新型移相控制策略，该控制策略完全消除了循环能量。给出了新型控制策略的具体开关过程，并将此控制策略与传统控制策略及其他改进控制策略在电流纹波、效率等方面进行了细致的比较。最后对该新型移相控制策略进行了实验验证。关键词：变换器；全桥；移相控制；循环能量中图分类号：ＴＭ４６文献标识码：Ａ文章编号：１０００＿ｌｏｏＸ（２０１１）０９枷０７２—０２ＳｔｒａｔｅｇｙｆｏｒＦｌｌｌｌ－ｂｒｉｄｇｅＤＣ，ＤＣＡｎｈｌｌｐｒｏｖｅｄＰｈ瞅－蛐ｅｄＣｏｎ咖ｌＣ咖Ｖｅｒｔ盯ＤＩＡＯＺｈｕｏ，ＳＵＮＸｕ．ｄｏｎ只（乃ｉ，动∞珈如ｅ糟毋，＆驴啦。１０００８４，傩妇）Ａｂｓｔｎ瞄：Ｉｎ‰劬ｄｉｔｉｏｎａｌｐｈ咖一８ｈｉｆｔｃｏｎ咖ｌ８嘣ｅｇｙｆｏｒｆｈｌｌｂｒｉｄｇｅｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｅｎｅｒｇｙｐｍｂｌｅｍｅ】【ｉｓｔｓ．Ｔｈｉｓｐ印ｅｒｐｍｐｏｓ髓ａｎｅｗｐｈ鹤ｅ喝ｈｉｆｔｃｏｎ叫ｓｔｍｔｅｇｙ，ｗｈｉｃｈｔｏｔａ．１ｌｙ．ＴｈｅｎｅｗＤＣ，ＤＣｃｏｎｖｅｎｅｒ，岫ｃｉｒｃｔｌｌ“ｎｇｅｎｅｒｇｙｅｈＩｌｌｉｎｍｅｓｔｌｌｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇｃｏｎｔｍｌｓｔ阳ｔｅｇｙｉｓｃｏｍｐａ陀ｄｗｉｔＩＩ山ｅ恤ｌｄｉｔｉｏｎａｌａｏｎｅｉｎｃｕｎ℃ｍｒｉｐｐｌｅ蚰ｄｅ佑ｃｉｅｎｃｙ．ＦｏｒｎｅｗｃｏｎｔｒＤｌｓｈ砒ｅ盯，ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ弛ｓｕｌｔ８钿ｍＫＩ叮ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；矗ｌｌｌｐｍｔｏｔｙｌ婶ａ弛ｐ陀ｓｅｎ砌．ｅｎｅｒｇｙｂｒｉｄｇｅ；ｐｈａ∞一ｓｈｉｆｔｃ佣ｔｒｏｌ；ｃｉｒｃＩＩｌａｔｉｎｇ１引言在多种系统中．ＢＤＣ【ｔｌ作为能量调控电路，连接直流母线和储能装置，根据外界负载要求，调节直流母线和储能装置之间的能量流动１２Ｊ。ＢＤＣ拓扑结构种类繁多，但出于安全性和实用性考虑。现在应用中多采用隔离型ＢＤＣ。其中，应用最多的是移相控制的电压源型全桥ＢＤＣ。该变换器发展较早，具有诸多优点，但存在循环能量问题¨】。在此针对该问题重新设计了移相控制的开关过程，提出一种新型移相控制策略，完全消除了循环能量，给出该控制策略的具体开关过程，将新型控制策略与传统控制策略在电流纹波、效率等方面进行比较。最后以１０ｋＨｚ，ｌＩＧＢＴ，ＶＤ为ＩＧＢＴ的反并联二极管，Ｃ为ＩＧＢＴ结电容和外加谐振电容的总和。Ｌ为变压器初次级漏感总和，变压器匝比满足ｎ，：，１２＝“：以。能量的双向流动通过调节两边开关管控制信号相位差实现。图ｌ电压源型全桥ＢＤＣ电路拓扑ｋＷ全桥ＢＤＣ在传统移相控制策略中。存在循环能量的问题。循环能量是指在一周期内，先由阢（或％）储存到￡中，后又回馈给“（以）的能量。循环能量并未真正传递，却在流动过程中产生导通损耗。因此，为提高变换器的工作效率，需要削减这种没有实际传输效果的循环能量。这里提出的新型控制策略中．在一周期内，变换器有ｌＯ种开关状态．有两次完全一致的能量传递过程，故下面以能量由矾向以传递为例，只进行半周期（即一次完整能量传递）开关过程分析。模式ｌ阢侧输出能量给￡，￡的电流屯在为样机，给出了新型控制策略的实验结果。２控制策略电压源型全桥ＢＤＣ电路拓扑结构如图１所示。该电路由左右两侧完全对称的全桥电路构成，两侧采用形状相同的开关驱动信号（具有一定相位差的占空比为５０％方波）．开关器件ＶＳ采用定稿日期：２０ｌｌ—０３—０２作者简介：刁卓（１９８５一），男。辽宁沈阳人，项士研究生。研究方向为双向ＤＣ，ＤＣ变换暑。７２奶的作用下线性增长，变压器初级电流通过ＶＳ，，万方数据全桥双向ＤＣ，ＤＣ变换器移相控制策略的改进ＶＳ。流动，次级电流通过ＶＳ，，ＶＤ。流动，输入电流ｉ１＝屯，输出电流ｉ２＝Ｏ，％＝“，％＝Ｏ。模式２关断ＶＳ７，变压器次级电流由ＶＳ向ｖＤ，转移。ｖＳ，电流逐渐减小，ＶＤ，电流逐渐增大，直至Ｖ岛彻底关断，次级电流通过ＶＤ５，ＶＤ。流动。模式３“侧传递能量给以，初级电流通过ＶＳ。，Ｖｓ４流动。次级电流通过ＶＤ５，ＶＤＢ流动，屯在％一ｎｌ“√嘞＝０作用下保持不变，ｆｌ＝“，如＝凡ｌ屯／阮，％２ＵＩ＇％＝巩。模式４关断ＶＳ。，变压器初级电流由ＶＳ。向ＶＤ，转移。ＶＳ。电流逐渐减小，ＶＤ３电流逐渐增大，直至ＶＳ。彻底关断，初级电流通过ＶＤ，，ＶＳ。流动。模式５Ｌ将能量传递给仉，初级电流通过ＶＤ，，ＶＳ４流动，次级电流通过ＶＤ５，ＶＤ８流动，屯在一ｎｌ“，１２作用下线性减小。ｆ１＝０，如＝ｎｌ∥，１２，‰＝０，％＝弘，此阶段至屯＝０时结束。稳态时各开关管控制信号（考虑死区）及“波形如图２所示（底部数字对应开关模式）。可见，在一周期中，ｆ。。如都为正值或零（电流正方向如图ｌ所示），说明能量只从输入侧向输出侧流动，即彻底消除了循环能量。图２开关管控制信号和电流信号在上述开关过程中，仅需驱动ＶＳ。一ＶＳ。用作整流二极管。并且ＶＳ。，Ｖｓ３，ＶＳｓ，ＶＳ７均可实现零电压开通（ＺＶＳ），模式３阶段ＶＳ５可实现ＺＶＳ，模式５阶段ＶＳ３可实现ＺＶＳ，在后半周期内，ＶＳ３，Ｖ岛也可实现ＺＶＳ。３性能分析在上述能量传递过程中，模式２，模式４实际为开关管关断过程，时间极短。对传递能量，电流纹波影响不大．因此进行性能分析时将这些阶段忽略不计。由图２可见，ｆ。实际周期为＂２（即为订），故仅需分析ｉ。在Ｏ。＂２（即０—１Ｔ）内波形即可。经推导，ｌ。在（０．可）内表达式为：万方数据ＩＯ，口Ｅ（０，９／２）吲Ｋ州（２ｍ．）一Ｋ哳／（４讥。），口∈（ｐ／２，妒）（１）【Ｋｕ舻／（４兀伍．），ｐＥ（妒，１ｒ）ｌ，在一周期内平均值，。邓Ｕ印（们讲）１，（４竹弘。）。电路参数为：“＝１７０Ｖ，以＝４８Ｖ，Ｋ＝３．５４：ｌ乒１０ｋＨｚ，￡。＝１ｍＨ，则新型控制策略下，输入电流纹波有效值为：ｕｌＬ告Ｃ（卜＾）Ⅵ船｛｛号（争一云扣２）２＋蚤ｌ知６－（静２。争仆器矿（郴）隅（２）传统控制策略下，输入电流纹波有效值为：址－≮告｛蠢【争Ｌ（争》仆争（州）隅（３）妒，ｒａｄ图３两种控制方法下输入电流纹波与移相角关系可见，在整个妒（０～１ｒ）的范围内输入电流纹波均有明显下降。同理，可绘制输出电流纹波有效值曲线．发现输出电流纹波也有明显降低。４实验结果实验参数如下：矾＝１７０Ｖ，以＝４８Ｖ，ＶＳ。一ＶＳＢ采用ＰＭ５０ＲＬＡｌ２０，开关频率．７：＝１０ｋＨｚ，变压器匝比ｎ＝３．５：ｌ。电感ＬＦｌｍＨ，输出滤波电容ｃｏ＝ｌｌｎＦ，负载尺Ｌ＿２—２０ｎ。实验波形如图４所示。霎萋淫＞ｏ≮≤ｏ参；Ｓｏ，／（５ｕｓ／格），，（５０ｕｓ，格）飞ｊ：：辟ｊ：ｎ：（ａ）ＶＳ５『Ｊ｝；ｌ｛及粲射板电压（ｂ）输入和输ｆｌＩ电压９４９０，，化５ｕｓ／格）摹８６１Ⅳ矿矿盯＾１ｙ々８２７８，，（５０”／格）只·／ｋＷ（ｃ）电感ｌ乜沭和输入电流（ｄ）效牢曲线圈４实验波形（尼＝８ｎ）（下转第８７页）７３一种新型移相控制ＦＢ－ＺＶＺＣＳ－ＰＷＭ变换器变换器关断期间。整流二极管两端电压同样基本保持不变。５’Ｉ’ｍｎ８．ｏｎＩｎｄｕＢｔｒｉａｌＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ８。２００ｌ，４８（４）：７７７—７８５．Ｈ．ＡＺＶＺＣＳ【３】ＫｉｍＥｕｎＳ∞。ＫｉｍＹ∞ｎａＰＷＭＦＢＤＣ，ＤＣＣｏｎｖｅｎｅｒＵ８ｉｎｇＭ０ｄｉｆｉｅｄＥｎｅｒｇ）７－眦０ｖｅｒｙＳｎｕｂｂｅｒⅢ．１２０—结论ＩＥＥＥＴ｝明ｓ．ｏｎＩｎｄｕ８ｔｒｉａｌ１１２７．ＥｌｅｃｔｍｎｉｃＢ，２００２，４９（５）：ｌ在研究和分析以往软开关电源优缺点的基础上．通过在变压器次级引入一个小电容和一个二极管。很好地实现了变压器初级电流复位。从而实现了零电压零电流软开关。该拓扑简单可靠，能够在极宽的负载范围内稳定实现超前臂和滞后臂的零电压零电流开关，具有良好的动态性能，并且辅助电流储能小于以往提出的各种结构．电流应力也大大减小。最后通过实验证明了分析的准确性。【５】【４】ＷｕＸｉｎｋｅ，ｚｈ∞Ｃｈｅｎ，ＺｈａｎｇＪｕｎｍｉｎｇ，ｅｔＰｈａ∞ＳｈｉｆｔＣｏｎｔｒｏＵｅｄｚ、ｒＺＣＳＦｕＵｖｅｒｔｅｒａ１．ＡＮｏＶｅｌＣｏｎ－Ｂ甜舻ＤＣ，ＤＣＡｎａｌｙｓｉ８蚰ｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ８ＤｅＢ咖Ｃｏｎ８ｉｄｅｒ８ｔｉ∞８【Ａ】．ＩｎｄｕｓｔｒｙＣｏ疵他ｎｃｅ，２００４３９ｔｌＩｎＳＡＡｎｎｕａｌＭｅｅｔ－Ｄｉ蚰Ｇｌｍ，ＵｕＹｕＸｉｕ．ＡＮｏ代ｌｚｅｍ·Ｖｏｌｔａ伊Ｆｕｕ．ｂｒｉｄｇｅＰｗＭｉｎｇ【Ｃ】．２００４，２７（３）：１７９０—１７９６．ＸｕＦｅｎｇ，Ｘｕ蛐ｄｚｅｒｏ－ｃｕｒ虺ｎｔ喝诫ｔｃｈｉｎｇｈｄｕＢｔｒｉａｌＥｌｅｃｔｍｎｉｃｅＣｏｎｖｅｒｔｅ吐Ａ】．２９ｔｈＡｎｎｕａｌＳ∞ｉｅｔｙ。２００３．，Ｉ＇ｌｅＣｏｎｆｅ他ｎｃｅｏｆｔｌＩｅＩＥＥＥ【Ｃ】．２００３，３（１）：３８３—３９０．参考文献【ｌ】ＣｈｏＪＧ，ＳａｂａｔｅＪ，ＨｕａＧ，ｅｔａ１．ｚｅｍ【６】Ｖｏｌｔａｇｅ蚰ｄｚｅｍＳ丽ｔｃｈｉｎｇＦＩｌｌｌＢｒｉｄｇｅＰｗＭＣｏｎｖｅｎｅｒｆｏｒＣｈｏｉＨＳ嵇ｍＪＷ，ＣｈｏＢＨ．ＡＮｏ＂ｌｚｅｍ－ｖｏｌ哪蚰ｄＣｕｍｍＨ讪【７】ｚｅｍ．ｃｕ玳ｎｔ－ｇＷｉｔｃｌＩｉｎｇ（ｚＶＺＣＳ）Ｆｕｌｌ．ｂｒｉｄ萨ＰＷＭＣ伽－ｖｅ吡ｒＵ８ｉｎｇＣｏｕｐｌｅｄ０ＩｌｔｐｕｔＩｎｄｕｃｔｏｒ【Ｊ】．ＩＥＥＥＴｈ啦．∞Ｐ０帆ｒＥｌｅｃｔｒｏＩＩｉｃｓ。２００２，１７（５）：６４ｌ一６们．Ｅ岫－Ｓ∞ｌ（ｉｍ，Ｙ∞ｎ·ＨｏＤｃＣｏｎｖｅｎｅｒｌ（ｉｍ．ＡＭ０ｄｉｆｉｅｄＺＶＺＣＳＰｏ啪ｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ８【Ｊ】．ＩＥＥＥｈ啪．∞Ｐｏ帅ｒＥｌｅｃ呐ｎ－ｉｃｓ，１９９６，ｌｌ（７）：６２２—６２８．【２】Ｒｕ舳ｘｉＩｌｂｏ，Ｙ锄Ｙ明ｇｇｕ锄ｇ．ＡＮｏｖｅｌＰＷＭ飓ＤＣ，Ｓｎｔｌｂ－ｚｅｍ·ｖｏｌｔａ萨蚰ｄＵ８ｉｎｇａＥｎｅ聊－咖ｏｖｅｒｙｚｅｍ－ｃｕ玳ｎｔ－ｓｗｉｔｃｌＩｉｎｇＴ哟ＤｉｏｄｅＳｉｎＰＷＭＦＩｌｌｌ－ｂｒｉｄｇｅｔｌｌｅｃｏｎｖｅ毗ｒｕ８ｉｎｇｂｅ栅．ＩＥＥＥＴｒ锄ｓ．帆ＩＩｌｄｕ“ａｌ１１２０一ｌ１２７．ＥｌｅｃｔＩＤｎｉｃｓ，２００２，４９（５）：ｓｅｒｉ髓访ｔＩＩｈｇｇｉＩｌｇｋｇ【Ｊ】．ＩＥＥＥ（上接弟７３页）ＤＣ，ＤＣ变换器保留了自身的优点：开关管实现ＺｖＳ开通．对器件寄生参数的敏感性低，控制波形方便，电路拓扑简单。同时，在新型控制策略下，减小了电流纹波。完全消除了循环能量，提高了效率。对于新型控制策略进行了细致的理论分析，并通过ｌＯｋＨｚ，ｌ在稳定输出电压弘＝４８Ｖ的前提下，根据尺。计算出传递功率所需移相角．进而得出各开关管的触发信号。图４ａ为ＶＳ，的ＺＶＳ开通过程，图４ｃ为电感电流和输入电流波形．由图可得输入电流平均值，ｌ，从而得出效率曲线，如图４ｄ所示。由图４ｄ可得：①在ｌｋｗ以下．随着功率增加，开关损耗基本不变，导通损耗不断增加，但此时导通损耗还不能占据损耗主导．与功率增加相比．其幅值较为缓慢，故此阶段效率随着功率增加ｋＷ的样机进行了实验，结果较好地验证了理论结果。参考文献【ｌ】严仰光．双向直流变换器【Ｍ】．徐州：江苏科学技术出版社。２００４．【２】何胜．并网型户用小型风力发电系统控制策略的研究【Ｄ】．北京：清华大学，２００８．【３】陈刚．软开关双向ＤＣ，ＤＣ变换器的研究【Ｄ】．杭州：Ｍ而增加；②可以预见，当功率增加到接近２ｋｗ时，此时导通损耗已占据了损耗主导。若再增加功率，导通损耗增加将超过功率增加速度，故效率会下降嘲；③改进控制策略消除了“侧的折返能量，但并未消除弘侧折返能量；而这里提出的新型控制策略则完全消除了折返能量，故就刀来看，应该较改进控制策略仍有提升；④从，，增加斜率来看，它应随Ｐｏ增加而逐渐平缓。５浙江大学．２∞１．【４】ＪＭ动明ｇ．Ｄ｜ｖｉｄＸｕ，抽∞ｌＩＩｉｎｇＱｉ蚰．ＡｎＩｍｐ咖ｅｄＤｕａｌＡｃｔｉｖｅＢｒｉｄｇｅＤａｒＤＣ８Ｃｏｎｖｅ＾ｅ玎Ａ】．ｐｏｗｅｒＥｌ∞ｔｍｎｉｃ－Ａｋａｇｉ．ＡＳｐｅｃｉａｌｉ咖Ｃｏ也弛ｎｃｅ【Ｃ】．２∞ｌ。１３（１）：２３２—２３６．结论【５】ＮａｄｉａＭＬ２ｋ珥，ｌＩａ１．蚰，嗽“ｉｍＡｂｅ。ＨｉｍｆｈｌＩＩｉＩ∞ｌ砒ｅｄＤＣ，Ｄｃ６ｋＷ。ＵｔｌＩｉｕｍ－ｉ∞Ｂａｔ呻ＥｎｅｒｇｙＳｔｏｍｇｅＳｙｓｔｅｍＵｅ她此处提出了一种电压源型全桥ＢＤＣ变换器的新型移相控制策略。在该控制策略下。全桥双向Ｂｉｄｉ眦ｔｉ∞ａｌ协ｍａｔｉ∞ａｌＰｏｗ盯Ｅｌ∞ｔＩＤｎｉｃ８ｃｏｍ地ｎｃｅ【Ｃ】．２０１０：珏５２．８７Ｃｏｎｖｅｒｔｃ叶Ａ】．，１１Ｉｅ２０ｌＯＩｎ－万方数据全桥双向DC/DC变换器移相控制策略的改进
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
刁卓， 孙旭东， DIAO Zhuo， SUN Xu-dong
清华大学电机工程与应用电子技术系,北京,100084电力电子技术
Power Electronics2011,45(9)1次
1.严仰光 双向直流变换器 2004
2.何胜 并网型户用小型风力发电系统控制策略的研究 20083.陈刚 软开关双向DC/DC变换器的研究[学位论文] 2001
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