文獻(xiàn)筆記2---一種應(yīng)用于SR-DAB的DPS-VF控制方法

前言

為了將電池儲(chǔ)能接入電網(wǎng)，需要一個(gè)雙向隔離的AC-DC變換器。傳統(tǒng)的解決方案是第一級(jí)采用非隔離的功率因數(shù)校正（PFC）技術(shù)，第二級(jí)采用隔離DC-DC變換器，其中PFC整流器確保變換器僅從電網(wǎng)提取有功功率的同時(shí)減小非線性負(fù)載導(dǎo)致的諧波污染。PFC變換器是硬開關(guān)拓?fù)洌褂弥袝?huì)帶來(lái)較高的開關(guān)損耗和直流耦合較大的二倍頻紋波，為了濾除二倍頻紋波需要非常大的濾波電容。

近年來(lái)，為了減少開關(guān)管數(shù)量，提高系統(tǒng)效率和功率密度，單級(jí)隔離AC/DC拓?fù)涞玫綇V泛研究。單級(jí)配置僅有一級(jí)高頻臂，其較小的交流側(cè)電容消除了沖擊電流。研究者們認(rèn)為雙有源橋（DAB）變換器是單級(jí)隔離AC-DC應(yīng)用最有前途的拓?fù)渲弧?strong>串聯(lián)諧振DAB（SR-DAB）是一種很有前途的DAB變換器，工作頻率高于諧振頻率的情況下表現(xiàn)出與DAB相似的特性。主回路中串聯(lián)電容，可以消除直流電流，避免變壓器飽和。在DC/DC應(yīng)用中，SR-DAB的控制調(diào)制方式有移相調(diào)制或移相和變頻調(diào)制相結(jié)合。與DAB相比，SR-DAB具有更低的均方根電流，特別是在重載下，具有更低的關(guān)斷電流。

1 概述

傳統(tǒng)的SR-DAB變換器采用定頻多重移相調(diào)制策略，然而，固定頻率調(diào)制具有較窄的ZVS范圍，電壓增益不統(tǒng)一，故具有較大的局限性。有學(xué)者提出了一種變頻單移相變換器，其性能被電壓過(guò)零限制。為了解決這些問(wèn)題，提高SR-DAB的性能，學(xué)者首次提出了一種具有雙重移相和變頻調(diào)制的SR-DAB交直流變換器，對(duì)所提出的新型控制方案進(jìn)行了詳細(xì)的分析。單相和三相應(yīng)用示意如圖1所示。

2 SR-DAB調(diào)制方法的實(shí)現(xiàn)

SR-DAB變換器等效電路如圖2所示。圖3給出了一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)等效電路的交流側(cè)節(jié)點(diǎn)電壓v’ac、直流側(cè)節(jié)點(diǎn)電壓nv’dc、諧振電感電流iLr及柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。在AC-DC變換中，θ5,6代表S1和S5之間的移相角，θ3,4代表S3和S1之間的移相角。

由于諧振電感電流的初始狀態(tài)在所提出的變換器中不可忽略，SR-DAB的基波近似不能準(zhǔn)確地描述諧振電感電流。因此，對(duì)諧振電感電流iLr(τ，t)進(jìn)行時(shí)域分析，表達(dá)式為等式（1）

之前文獻(xiàn)中使用多重移相定頻調(diào)制或變頻單移相調(diào)制，該篇文章提出了雙重移相變頻調(diào)制策略，圖5給出了不同調(diào)制方法下諧振電流有效值的比較。可以觀察到固定頻率的雙相移具有從0到π/3和2π/3到π的較高的均方根電流，變頻的單相移在0到π/8和7π/8到π之間有較高的均方根電流。雙移相變頻在整個(gè)周期內(nèi)提供了最低的有效值電流。還可以看出，變頻調(diào)制比雙移相調(diào)制在減小電感電流方面效果更好。但較高的頻率也會(huì)帶來(lái)其它問(wèn)題，如較高的開關(guān)損耗和繞組交流電阻。

圖5中看出，雙重移相-變頻調(diào)制諧振電流有效值最小，表明所提出調(diào)制方法的有效性，均優(yōu)于前兩種?調(diào)制方法。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

DAB可以實(shí)現(xiàn)99.9 %的功率因數(shù)和ZVS，但在重載時(shí)，開關(guān)管需承受較大的循環(huán)電流和關(guān)斷電流，而SR-DAB可以大大緩解這兩個(gè)問(wèn)題，開關(guān)管的關(guān)斷電流可以顯著降低。特別是在重載時(shí)，電流的均方根也可以減小。圖6給出了SR-DAB變換器的仿真結(jié)果。

圖6中，(a)-(c)，10°，60°，90°波形，Vac.rms=277V，vdc=38V，P =2kW/相。(d)~(f)，10°，60°，90°波形，Vac.rms=277V，vdc=48V，P =2kW/相。(g)~(i)，10°，60°，90°波形，vac.rms=277V，vdc=58V，P=2kW/相。

DAB和SR-DAB接入Vac.rms=277V，Vdc=48V，P =3.3kW/相，Φ=90°時(shí)，仿真波形如圖7所示。

圖8給出了諧振電流的波形。從圖中可以看出，當(dāng)負(fù)載較重時(shí)，電流的差異較大。在每相1kW時(shí)，兩種調(diào)制方式的電流差值可忽略不計(jì)。每相3.3kW時(shí)，交流側(cè)開關(guān)管S3和直流側(cè)開關(guān)管S4的電流大致下降了50%，諧振電感電流有效值下降了8.7%，直流側(cè)開關(guān)管S5和S6的電流下降了22%。