1.一种无直流偏置的双有源桥DC-DC变换器的控制方法,所述双有源桥DC-DC变换器包括变压器、以及分别连接在所述变压器原边和副边的原边H桥和副边H桥,所述原边H桥和副边H桥为全桥结构共包括m个开关管,m为正整数;
其特征在于,所述双有源桥DC-DC变换器的控制方法用于控制所述m个开关管,包括如下步骤:
步骤一、采样所述双有源桥DC-DC变换器的输出电压值Uo;
步骤二、根据所述步骤一获得的Uo产生高功率移相控制脉冲组PH和低功率移相控制脉冲组PL,具体方法为:
2.1、进行初始化,设置所述双有源桥DC-DC变换器的输出电压参考值Uref和采样周期Ts;
从所述原边H桥或副边H桥的开关管中选择一个开关管作为标准开关管并设置所述标准开关管的控制信号;设置高功率移相控制脉冲组PH作用时所述双有源桥DC-DC变换器输出功率的标幺值初始值 和低功率移相控制脉冲组PL作用时所述双有源桥DC-DC变换器输出功率的标幺值初始值 使得 和 满足 其中p为所述双有源桥DC-DC变换器期望输出功率的标幺值,p=Uref2/R/PN,R为所述双有源桥DC-DC变换器的负载电阻值,PN=nUinUo/8/fs/L,Uin、Uo分别为所述双有源桥DC-DC变换器的输入电压值和输出电压值,n为所述变压器的原副边匝数比,fs为所述双有源桥DC-DC变换器的开关频率,L为所述双有源桥DC-DC变换器的辅助电感值;
2.2、设置高功率移相控制脉冲组PH作用时所述双有源桥DC-DC变换器的原边内移相比D1H和原边副边间的外移相比D2H,使得D1H和D2H满足以下条件:
0≤D1H≤D2H≤1
2.3、设置低功率移相控制脉冲组PL作用时所述双有源桥DC-DC变换器的原边内移相比D1L和原边副边间的初始外移相比D2L0,使得D1L和D2L0满足以下条件:
0≤D1L≤D2L0≤1
2.4、设置低功率移相控制脉冲组PL作用时所述双有源桥DC-DC变换器的原边副边间的外移相比D2L,使得D1L和D2L满足以下条件:
0≤D1L≤D2L≤1
其中Ths是半开关周期,ipH和ipL分别是高功率移相控制脉冲组PH作用时和低功率移相控制脉冲组PL作用时所述双有源桥DC-DC变换器的电感电流在半开关周期Ths时的值,D*H和D*L分别是高功率移相控制脉冲组PH作用时和低功率移相控制脉冲组PL作用时所述双有源桥DC-DC变换器电感电流的过零点时刻与半开关周期Ths的比值,Re3和Re4分别是D*HThs-D2HThs时间段内、D2HThs-Ths时间段内导通的所述开关管的导通电阻、以及所述变压器的原边绕组电阻和副边绕组电阻组成的总等效电阻;
2.5、基于步骤2.2设置的D1H和D2H计算高功率移相控制脉冲组PH作用时所述双有源桥DC-DC变换器的输出功率标幺值poH,基于步骤2.3和步骤2.4设置的D1L和D2L计算低功率移相控制脉冲组PL作用时所述双有源桥DC-DC变换器的输出功率标幺值poL,判断是否满足0≤poL≤p≤poH≤1,若是则转到步骤2.6,否则返回步骤2.1;
2.6、将所述标准开关管的控制信号根据D1H和D2H进行移相获得其余m-1个开关管的控制信号共同组成所述高功率移相控制脉冲组PH;将所述标准开关管的控制信号根据D1L和D2L进行移相获得其余m-1个开关管的控制信号共同组成所述低功率移相控制脉冲组PL;
步骤三、在每个采样周期Ts开始时刻将所述步骤一获得的Uo与Uref进行比较,若Uo
2.根据权利要求1所述的无直流偏置的双有源桥DC-DC变换器的控制方法,其特征在于,所述原边H桥和副边H桥都包括两个桥臂,每个桥臂包括一个上开关管和一个下开关管,m为8;选择所述原边H桥第一桥臂的上开关管作为所述标准开关管;
将所述原边H桥第一桥臂的上开关管的控制信号vp1移相D1HThs得到所述原边H桥第二桥臂的下开关管的控制信号vp4,将所述原边H桥第一桥臂的上开关管的控制信号vp1移相D2HThs得到所述副边H桥第一桥臂的上开关管的控制信号vp5和所述副边H桥第二桥臂的下开关管的控制信号vp8,将vp1、vp4、vp5、vp8分别移相Ths得到所述原边H桥第一桥臂的下开关管的控制信号vp2、所述原边H桥第二桥臂的上开关管的控制信号vp3、所述副边H桥第一桥臂的下开关管的控制信号vp6、所述副边H桥第二桥臂的上开关管的控制信号vp7,此时的vp1、vp2、vp3、vp4、vp5、vp6、vp7、vp8共同组成所述高功率移相控制脉冲组PH;
将所述原边H桥第一桥臂的上开关管的控制信号vp1移相D1LThs得到所述原边H桥第二桥臂的下开关管的控制信号vp4,将所述原边H桥第一桥臂的上开关管的控制信号vp1移相D2LThs得到所述副边H桥第一桥臂的上开关管的控制信号vp5和所述副边H桥第二桥臂的下开关管的控制信号vp8,将vp1、vp4、vp5、vp8分别移相Ths得到所述原边H桥第一桥臂的下开关管的控制信号vp2、所述原边H桥第二桥臂的上开关管的控制信号vp3、所述副边H桥第一桥臂的下开关管的控制信号vp6、所述副边H桥第二桥臂的上开关管的控制信号vp7,此时的vp1、vp2、vp3、vp4、vp5、vp6、vp7、vp8共同组成所述低功率移相控制脉冲组PL。
3.根据权利要求2所述的无直流偏置的双有源桥DC-DC变换器的控制方法,其特征在于,所述原边H桥第一桥臂的上开关管的控制信号vp1为占空比是50%的方波信号。
4.根据权利要求1-3任一项所述的无直流偏置的双有源桥DC-DC变换器的控制方法,其特征在于,所述步骤2.6中通过计算高功率移相控制脉冲组PH作用时所述双有源桥DC-DC变换器的实际输出功率PoH并除以输出功率基准值得到输出功率标幺值poH,其中所述步骤2.6中通过计算低功率移相控制脉冲组PL作用时所述双有源桥DC-DC变换器的实际输出功率PoL并除以输出功率基准值得到输出功率标幺值poL,其中
5.一种无直流偏置的双有源桥DC-DC变换器的控制装置,所述双有源桥DC-DC变换器包括变压器、以及分别连接在所述变压器原边和副边的原边H桥和副边H桥,所述原边H桥和副边H桥为全桥结构共包括m个开关管,m为正整数;
其特征在于,所述双有源桥DC-DC变换器的控制装置包括电压采样模块、控制脉冲组选择器、控制脉冲组产生器、直流偏置优化模块和驱动模块,所述电压采样模块用于采样所述双有源桥DC-DC变换器的输出电压值Uo并输出给所述控制脉冲组选择器;
所述直流偏置优化模块用于产生并调整高功率移相控制脉冲组PH作用时所述双有源桥DC-DC变换器的原边内移相比D1H和原边副边间的外移相比D2H、以及低功率移相控制脉冲组PL作用时所述双有源桥DC-DC变换器的原边内移相比D1L和原边副边间的外移相比D2L,其中所述直流偏置优化模块每次产生的D1H和D2H满足:
0≤D1H≤D2H≤1
为高功率移相控制脉冲组PH作用时所述双有源桥DC-DC变换器输出功率的标幺值初始值;
所述直流偏置优化模块每次产生D1L和D2L时首先设置D1L和D2L的初始值D2L0满足:
0≤D1L≤D2L0≤1
为低功率移相控制脉冲组PL作用时所述双有源桥DC-DC变换器输出功率的标幺值初始值;
然后设置D2L满足:
0≤D1L≤D2L≤1
其中Uin、Uo分别为所述双有源桥DC-DC变换器的输入电压和输出电压,n为所述变压器的原副边匝数比;Ths是半开关周期,ipH和ipL分别是高功率移相控制脉冲组PH作用时和低功率移相控制脉冲组PL作用时所述双有源桥DC-DC变换器的电感电流在半开关周期Ths时的值,D*H和D*L分别是高功率移相控制脉冲组PH作用时和低功率移相控制脉冲组PL作用时所述双有源桥DC-DC变换器电感电流的过零点时刻与半开关周期Ths的比值,Re3和Re4分别是D*HThs-D2H Ths时间段内和D2H Ths-Ths时间段内所述原边H桥和副边H桥中导通的开关管的导通电阻、以及所述变压器的原边绕组电阻和副边绕组电阻组成的导通电阻;
所述直流偏置优化模块判断每次产生的D1H和D2H以及D1L和D2L能否使得高功率移相控制脉冲组PH作用时所述双有源桥DC-DC变换器的输出功率标幺值poH和低功率移相控制脉冲组PL作用时所述双有源桥DC-DC变换器的输出功率标幺值poL满足0≤poL≤p≤poH≤1,若是则将本次产生的D1H和D2H以及D1L和D2L输出至所述控制脉冲组产生器中,否则初始化并调整D1H和D2H以及D1L和D2L后进行下一次判断;其中p为所述双有源桥DC-DC变换器期望输出功率的标幺值,p=Uref2/R/PN,Uref为所述双有源桥DC-DC变换器的输出电压参考值,R为所述双有源桥DC-DC变换器的负载电阻值,PN=nUinUo/8/fs/L,fs为所述双有源桥DC-DC变换器的开关频率,L为所述双有源桥DC-DC变换器的辅助电感值;
所述控制脉冲组产生器用于从所述m个开关管中选择一个开关管作为标准开关管,并将所述标准开关管的控制信号根据D1H和D2H进行移相获得其余m-1个开关管的控制信号共同组成所述高功率移相控制脉冲组PH后输出至所述控制脉冲组选择器中,将所述标准开关管的控制信号根据D1L和D2L进行移相获得其余m-1个开关管的控制信号共同组成所述低功率移相控制脉冲组PL后输出至所述控制脉冲组选择器中;
所述控制脉冲组选择器用于在每个采样周期Ts开始时刻将所述电压采样模块采样得到的所述双有源桥DC-DC变换器的输出电压值Uo与Uref进行比较,并根据比较结果将所述控制脉冲组产生器输出的高功率移相控制脉冲组PH或低功率移相控制脉冲组PL输出,当Uo
所述驱动模块根据所述控制脉冲组选择器的输出信号产生控制所述m个开关管的栅极驱动信号,用于控制所述双有源桥DC-DC变换器的m个开关管。
6.根据权利要求5所述的无直流偏置的双有源桥DC-DC变换器的控制装置,其特征在于,所述原边H桥和副边H桥都包括两个桥臂,每个桥臂包括一个上开关管和一个下开关管,m为8;所述原边H桥中第一桥臂的上开关管和下开关管的连接点通过述双有源桥DC-DC变换器的辅助电感后连接所述变压器原边绕组的同名端,所述原边H桥中第二桥臂的上开关管和下开关管的连接点连接所述变压器原边绕组的异名端;所述副边H桥中第一桥臂的上开关管和下开关管的连接点连接所述变压器副边绕组的同名端,所述副边H桥中第二桥臂的上开关管和下开关管的连接点连接所述变压器副边绕组的异名端。
7.根据权利要求6所述的无直流偏置的双有源桥DC-DC变换器的控制装置,其特征在于,所述控制脉冲组产生器选择所述原边H桥第一桥臂的上开关管作为所述标准开关管,将所述原边H桥第一桥臂的上开关管的控制信号vp1移相D1HThs得到所述原边H桥第二桥臂的下开关管的控制信号vp4,将所述原边H桥第一桥臂的上开关管的控制信号vp1移相D2HThs得到所述副边H桥第一桥臂的上开关管的控制信号vp5和所述副边H桥第二桥臂的下开关管的控制信号vp8,将vp1、vp4、vp5、vp8分别移相Ths得到所述原边H桥第一桥臂的下开关管的控制信号vp2、所述原边H桥第二桥臂的上开关管的控制信号vp3、所述副边H桥第一桥臂的下开关管的控制信号vp6、所述副边H桥第二桥臂的上开关管的控制信号vp7,此时的vp1、vp2、vp3、vp4、vp5、vp6、vp7、vp8共同组成所述高功率移相控制脉冲组PH;
将所述原边H桥第一桥臂的上开关管的控制信号vp1移相D1LThs得到所述原边H桥第二桥臂的下开关管的控制信号vp4,将所述原边H桥第一桥臂的上开关管的控制信号vp1移相D2LThs得到所述副边H桥第一桥臂的上开关管的控制信号vp5和所述副边H桥第二桥臂的下开关管的控制信号vp8,将vp1、vp4、vp5、vp8分别移相Ths得到所述原边H桥第一桥臂的下开关管的控制信号vp2、所述原边H桥第二桥臂的上开关管的控制信号vp3、所述副边H桥第一桥臂的下开关管的控制信号vp6、所述副边H桥第二桥臂的上开关管的控制信号vp7,此时的vp1、vp2、vp3、vp4、vp5、vp6、vp7、vp8共同组成所述低功率移相控制脉冲组PL。
8.根据权利要求5-7任一项所述的无直流偏置的双有源桥DC-DC变换器的控制装置,其特征在于,所述控制脉冲组选择器包括比较器、D触发器、第一与门、第二与门和第一或门,比较器的正向输入端连接所述双有源桥DC-DC变换器的输出电压参考值Uref,其负向输入端连接所述电压采样模块输出的所述双有源桥DC-DC变换器的输出电压值Uo,其输出端连接D触发器的数据输入端;
D触发器的时钟端连接采样时钟信号,其Q输出端连接第一与门的第一输入端,其 输出端连接第二与门的第一输入端;所述采样时钟信号的采样周期为Ts;
第一与门的第二输入端连接所述控制脉冲组产生器输出的所述高功率移相控制脉冲组PH,其输出端连接第一或门的第一输入端;
第二与门的第二输入端连接所述控制脉冲组产生器输出的所述低功率移相控制脉冲组PL,其输出端连接第一或门的第二输入端;
第一或门的输出端作为所述双有源桥DC-DC变换器的控制装置的输出端。