✅作者简介热爱科研的Matlab仿真开发者擅长数学建模、数据处理、建模仿真、程序设计、完整代码获取、论文复现及科研仿真。 往期回顾关注个人主页Matlab科研工作室 关注我领取海量matlab电子书和数学建模资料个人信条格物致知,完整Matlab代码获取及仿真咨询内容私信。 内容介绍本报告针对双有源桥DAB变换器的三类主流移相控制策略——单重移相SPS、双重移相DPS、三重移相TPS开展系统性对比研究从工作原理、传输功率特性、回流功率抑制、软开关范围、电流应力优化五大核心维度完成全工况量化分析。基于1kW典型DAB样机参数完成仿真验证结果显示传统单重移相策略仅在电压匹配点附近实现最优效率轻载下回流功率占比最高可达额定功率的42%整体效率不足82%双重移相策略通过增加桥内移相自由度可将全负载区间平均效率提升至92%三重移相策略进一步拓展移相控制自由度在宽电压比、轻载工况下可将回流功率降低90%以上软开关覆盖范围拓展至全负载区间的95%。本研究形成的全工况优化控制逻辑可直接移植到数字控制DAB样机中为储能双向变流器、车载OBC等电力电子场景提供高性能控制方案。一、DAB变换器拓扑基础与控制需求双有源桥变换器是一种典型的隔离型双向DC-DC拓扑两侧全桥电路通过高频隔离变压器串联谐振电感实现能量双向流动凭借电气隔离、功率密度高、软开关易实现的技术优势广泛应用于储能系统双向变流、电动汽车车载充放电机、直流微网能量路由器等场景。DAB变换器的核心控制目标是通过调节两侧全桥的驱动相位关系在实现指定功率双向传输的前提下尽可能降低电感电流应力、抑制回流功率、拓宽零电压开关ZVS的运行范围最终实现全工况高效率运行。传统的单重移相控制策略仅通过两侧全桥之间的外移相角调节传输功率控制逻辑简单极易实现但在两侧直流电压变比偏离1:1的工况下会产生极大的回流功率导致变换器运行效率大幅下降。后续行业先后提出双重移相、三重移相控制策略逐步增加桥内移相的控制自由度通过多维度相位协同优化大幅改善变换器在宽电压比、轻载工况下的运行性能。本报告对三类移相策略的工作原理、特性优劣、适用场景开展完整的量化对比分析。二、单重移相SPS控制策略单重移相是DAB变换器最基础、应用最广泛的控制方案仅引入一个控制自由度。2.1 工作原理单重移相策略的核心逻辑是两侧全桥内部的对角开关管驱动信号完全同相桥内不存在移相角仅通过调节原边全桥与副边全桥之间的外移相角D归一化移相量取值范围-0.5~0.5控制能量流动的方向与大小。当D0时能量从原边侧向副边侧传输当D0时能量从副边侧向原边侧传输。在理想工况下SPS策略的归一化传输功率表达式为3.2 特性优劣分析相比SPS策略DPS策略的性能提升十分显著可在全负载区间将回流功率占比降低60%以上电感电流有效值大幅下降导通损耗显著降低ZVS软开关范围明显拓宽在20%额定负载以上的工况两侧桥臂均可实现软开关全负载区间平均运行效率可提升至92%控制复杂度提升幅度很小仅需在SPS的基础上增加一个桥内移相的优化查表逻辑不会大幅提升控制器的算力负担。该策略的缺陷是当两侧电压变比k偏离1:1较大时其性能优化空间依然有限无法完全消除极端工况下的回流功率。该策略是当前工业级DAB产品中应用性价比最高的方案广泛适配储能变流器、车载充电机等绝大多数常规双向DC-DC场景。四、三重移相TPS控制策略三重移相策略是三类移相控制中自由度最高、优化潜力最大的先进控制方案分别为两侧全桥独立设置桥内移相角配合外移相角形成三个独立控制变量实现全工况性能的极致优化。4.1 工作原理三重移相策略的三个独立控制变量分别为原边全桥的桥内移相角D1副边全桥的桥内移相角D2两侧全桥之间的外移相角D3三个移相量的取值范围均为0~0.5。通过三个独立自由度的协同优化两侧全桥的交流输出电压波形可灵活调整为任意三电平形态让电感电流的波形始终与两侧电压完全匹配理论上可在宽电压比工况下几乎完全消除回流功率。TPS策略的归一化传输功率覆盖范围可实现从零到额定最大功率的连续平滑调节通过离线建立全工况下的最小电流应力、最小回流功率优化映射表可在任意指定传输功率与电压变比下求解出三个移相角的最优组合实现变换器性能的全局最优。4.2 特性优劣分析TPS策略的性能优势是三类方案中最突出的在宽电压比、轻载工况下可将回流功率降低90%以上几乎完全消除无功环流电感电流应力相比SPS策略最高可降低50%大幅降低导通损耗ZVS软开关运行范围可拓展至全负载区间的95%即使在5%额定负载的极轻载工况下两侧桥臂依然可以保持软开关运行全工况最高效率可突破97%可实现变换器的故障容错运行当单管驱动异常时可通过调整三个移相角重构电压波形在降功率模式下维持系统继续运行。该策略的缺陷是控制复杂度较高三个移相变量的优化求解需要预先构建全维度优化映射表对控制器的存储资源与算力有一定要求。该策略适合应用在对运行效率要求极高、电压变比范围极宽的高端场景如大功率储能PCS、高端车载双向OBC等。⛳️ 运行结果 参考文献往期回顾扫扫下方二维码 DAB三重移相TPS、双重移相、单移相双有源桥变换器仿真
✅作者简介热爱科研的Matlab仿真开发者擅长数学建模、数据处理、建模仿真、程序设计、完整代码获取、论文复现及科研仿真。 往期回顾关注个人主页Matlab科研工作室 关注我领取海量matlab电子书和数学建模资料个人信条格物致知,完整Matlab代码获取及仿真咨询内容私信。 内容介绍本报告针对双有源桥DAB变换器的三类主流移相控制策略——单重移相SPS、双重移相DPS、三重移相TPS开展系统性对比研究从工作原理、传输功率特性、回流功率抑制、软开关范围、电流应力优化五大核心维度完成全工况量化分析。基于1kW典型DAB样机参数完成仿真验证结果显示传统单重移相策略仅在电压匹配点附近实现最优效率轻载下回流功率占比最高可达额定功率的42%整体效率不足82%双重移相策略通过增加桥内移相自由度可将全负载区间平均效率提升至92%三重移相策略进一步拓展移相控制自由度在宽电压比、轻载工况下可将回流功率降低90%以上软开关覆盖范围拓展至全负载区间的95%。本研究形成的全工况优化控制逻辑可直接移植到数字控制DAB样机中为储能双向变流器、车载OBC等电力电子场景提供高性能控制方案。一、DAB变换器拓扑基础与控制需求双有源桥变换器是一种典型的隔离型双向DC-DC拓扑两侧全桥电路通过高频隔离变压器串联谐振电感实现能量双向流动凭借电气隔离、功率密度高、软开关易实现的技术优势广泛应用于储能系统双向变流、电动汽车车载充放电机、直流微网能量路由器等场景。DAB变换器的核心控制目标是通过调节两侧全桥的驱动相位关系在实现指定功率双向传输的前提下尽可能降低电感电流应力、抑制回流功率、拓宽零电压开关ZVS的运行范围最终实现全工况高效率运行。传统的单重移相控制策略仅通过两侧全桥之间的外移相角调节传输功率控制逻辑简单极易实现但在两侧直流电压变比偏离1:1的工况下会产生极大的回流功率导致变换器运行效率大幅下降。后续行业先后提出双重移相、三重移相控制策略逐步增加桥内移相的控制自由度通过多维度相位协同优化大幅改善变换器在宽电压比、轻载工况下的运行性能。本报告对三类移相策略的工作原理、特性优劣、适用场景开展完整的量化对比分析。二、单重移相SPS控制策略单重移相是DAB变换器最基础、应用最广泛的控制方案仅引入一个控制自由度。2.1 工作原理单重移相策略的核心逻辑是两侧全桥内部的对角开关管驱动信号完全同相桥内不存在移相角仅通过调节原边全桥与副边全桥之间的外移相角D归一化移相量取值范围-0.5~0.5控制能量流动的方向与大小。当D0时能量从原边侧向副边侧传输当D0时能量从副边侧向原边侧传输。在理想工况下SPS策略的归一化传输功率表达式为3.2 特性优劣分析相比SPS策略DPS策略的性能提升十分显著可在全负载区间将回流功率占比降低60%以上电感电流有效值大幅下降导通损耗显著降低ZVS软开关范围明显拓宽在20%额定负载以上的工况两侧桥臂均可实现软开关全负载区间平均运行效率可提升至92%控制复杂度提升幅度很小仅需在SPS的基础上增加一个桥内移相的优化查表逻辑不会大幅提升控制器的算力负担。该策略的缺陷是当两侧电压变比k偏离1:1较大时其性能优化空间依然有限无法完全消除极端工况下的回流功率。该策略是当前工业级DAB产品中应用性价比最高的方案广泛适配储能变流器、车载充电机等绝大多数常规双向DC-DC场景。四、三重移相TPS控制策略三重移相策略是三类移相控制中自由度最高、优化潜力最大的先进控制方案分别为两侧全桥独立设置桥内移相角配合外移相角形成三个独立控制变量实现全工况性能的极致优化。4.1 工作原理三重移相策略的三个独立控制变量分别为原边全桥的桥内移相角D1副边全桥的桥内移相角D2两侧全桥之间的外移相角D3三个移相量的取值范围均为0~0.5。通过三个独立自由度的协同优化两侧全桥的交流输出电压波形可灵活调整为任意三电平形态让电感电流的波形始终与两侧电压完全匹配理论上可在宽电压比工况下几乎完全消除回流功率。TPS策略的归一化传输功率覆盖范围可实现从零到额定最大功率的连续平滑调节通过离线建立全工况下的最小电流应力、最小回流功率优化映射表可在任意指定传输功率与电压变比下求解出三个移相角的最优组合实现变换器性能的全局最优。4.2 特性优劣分析TPS策略的性能优势是三类方案中最突出的在宽电压比、轻载工况下可将回流功率降低90%以上几乎完全消除无功环流电感电流应力相比SPS策略最高可降低50%大幅降低导通损耗ZVS软开关运行范围可拓展至全负载区间的95%即使在5%额定负载的极轻载工况下两侧桥臂依然可以保持软开关运行全工况最高效率可突破97%可实现变换器的故障容错运行当单管驱动异常时可通过调整三个移相角重构电压波形在降功率模式下维持系统继续运行。该策略的缺陷是控制复杂度较高三个移相变量的优化求解需要预先构建全维度优化映射表对控制器的存储资源与算力有一定要求。该策略适合应用在对运行效率要求极高、电压变比范围极宽的高端场景如大功率储能PCS、高端车载双向OBC等。⛳️ 运行结果 参考文献往期回顾扫扫下方二维码