文献笔记2---一种应用于SR-DAB的DPS-VF控制方法

前言

为了将电池储能接入电网，需要一个双向隔离的AC-DC变换器。传统的解决方案是第一级采用非隔离的功率因数校正（PFC）技术，第二级采用隔离DC-DC变换器，其中PFC整流器确保变换器仅从电网提取有功功率的同时减小非线性负载导致的谐波污染。PFC变换器是硬开关拓扑，使用中会带来较高的开关损耗和直流耦合较大的二倍频纹波，为了滤除二倍频纹波需要非常大的滤波电容。

近年来，为了减少开关管数量，提高系统效率和功率密度，单级隔离AC/DC拓扑得到广泛研究。单级配置仅有一级高频臂，其较小的交流侧电容消除了冲击电流。研究者们认为双有源桥（DAB）变换器是单级隔离AC-DC应用最有前途的拓扑之一。串联谐振DAB（SR-DAB）是一种很有前途的DAB变换器，工作频率高于谐振频率的情况下表现出与DAB相似的特性。主回路中串联电容，可以消除直流电流，避免变压器饱和。在DC/DC应用中，SR-DAB的控制调制方式有移相调制或移相和变频调制相结合。与DAB相比，SR-DAB具有更低的均方根电流，特别是在重载下，具有更低的关断电流。

1 概述

传统的SR-DAB变换器采用定频多重移相调制策略，然而，固定频率调制具有较窄的ZVS范围，电压增益不统一，故具有较大的局限性。有学者提出了一种变频单移相变换器，其性能被电压过零限制。为了解决这些问题，提高SR-DAB的性能，学者首次提出了一种具有双重移相和变频调制的SR-DAB交直流变换器，对所提出的新型控制方案进行了详细的分析。单相和三相应用示意如图1所示。

2 SR-DAB调制方法的实现

SR-DAB变换器等效电路如图2所示。图3给出了一个开关周期内等效电路的交流侧节点电压v’ac、直流侧节点电压nv’dc、谐振电感电流iLr及栅极驱动信号。在AC-DC变换中，θ5,6代表S1和S5之间的移相角，θ3,4代表S3和S1之间的移相角。

由于谐振电感电流的初始状态在所提出的变换器中不可忽略，SR-DAB的基波近似不能准确地描述谐振电感电流。因此，对谐振电感电流iLr(τ，t)进行时域分析，表达式为等式（1）

之前文献中使用多重移相定频调制或变频单移相调制，该篇文章提出了双重移相变频调制策略，图5给出了不同调制方法下谐振电流有效值的比较。可以观察到固定频率的双相移具有从0到π/3和2π/3到π的较高的均方根电流，变频的单相移在0到π/8和7π/8到π之间有较高的均方根电流。双移相变频在整个周期内提供了最低的有效值电流。还可以看出，变频调制比双移相调制在减小电感电流方面效果更好。但较高的频率也会带来其它问题，如较高的开关损耗和绕组交流电阻。

图5中看出，双重移相-变频调制谐振电流有效值最小，表明所提出调制方法的有效性，均优于前两种调制方法。

3 实验验证

DAB可以实现99.9 %的功率因数和ZVS，但在重载时，开关管需承受较大的循环电流和关断电流，而SR-DAB可以大大缓解这两个问题，开关管的关断电流可以显著降低。特别是在重载时，电流的均方根也可以减小。图6给出了SR-DAB变换器的仿真结果。

图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°时，仿真波形如图7所示。