第38卷第9期 2017年9月
文章编号：0254-0096(2017)06-2358-10
太阳能学报 ACTA ENERGIAE SOLARIS SINICA
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Vol. 38, No. 9 Sept,2017
基于中心抽头变压器的双有源桥双向直流变换器
孙孝峰，李午英，申彦峰，赵巍，郭小强（电力电子节能与传动控制河北省重点实验室（燕山大学电气工程学院)，秦皇岛066004）
摘要：通过在传统双有源桥的变压器副边增加一个中心抽头并连接一个电容桥臂，提出一种改进的双有源桥双向隔离变换器，其可在宽增益范围和负载情况下实现所有功率开关管的ZVS软开关。通过调节副边全桥的桥内移相角，动态补偿实现软开关所需要的反向电流，可使所有开关管实现完全的ZVS软开通。首先分析变换器的工作原理，根据3个控制量之间的关系划分为6种工作模式。推导该变换器在不同工作模式下传输功率与控制量的关系式，详细分析软开关条件，筛选出各模式下ZVS软开关条件最差的开关管，并提出一种有效的控制方案。最后通过一台1kW的实验样机进行实验验证。
关键调：双有源桥；DC-DC变换；双向变换器；宽增益：ZVS软开关
中图分类号：TM46 0引言
文献标识码：A
流，从而拓宽ZVS软开关范围。但补偿的无功电流不受控，当变换器工作在重载时，传统DAB变
在种类繁多的双向DC-DC变换器中，双有源桥式变换器（dualactivebridge，DAB）具有高功率密度、高效率、隔离功率变换、易实现ZVS软开关等优点，因而在电动汽车(2.3)、分布式发电与微电网("和储能系统(5)中得到了广泛的研究与应用。
文献[6，7]通过减小变换器的导通电流有效值来减小整体的功率损耗，提升变换器的效率。然而，这些控制策略仅适用于低频工作的DAB(导通损耗在总损耗中的比例最大）。在许多应用场合中，为了提高变换器的功率密度，需要DAB工作在高频，此时功率开关管的开关损耗显著增加。ZVS 软开关能够显著减小变换器的开关损耗，同时为控制电路提供一个低噪声的工作环境，从而保证变换器的高效与可靠运行)。然而，当输入电压范围较宽时，DAB变换器将会失去ZVS软开关条件，尤其对于轻载的工作情况(9]。文献[10，11]通过改进调制方式来拓宽DAB变换器的ZVS软开关范围，然而它们并没有考虑实现ZVS所需要的无功电流。文献[11]尽管考虑了最小ZVS软开关电流，但其控制策略实现难度较大。文献[12，13]通过减小励磁电感或并联换流电感的方式来增加无功电
收稿日期：2015-05-20
换器本身就能够实现ZVS软开关，换流电感中的无功电流无益于ZVS软开关的实现，反而导致导通损耗增加。
本文针对宽输入电压范围的应用场合，考虑死区时间内最小的ZVS软开关电流，提出一种新型的基于中心抽头变压器的双有源桥双向直流变换器。通过调节副边全桥的桥内移相角，可以动态地调节实现ZVS软开关所需要的电感电流。并提出一种简单有效的控制方案，确保所有的功率开关管在宽输人电
压范围及全功率范围内均可实现ZVS软开关。 1工作原理
1.1拓扑结构及调制策略
如图1所示，将DAB变换器的变压器副边绕组中心抽头引出连接至电容桥臂中点，将移相电感拆分为3个部分，分配到变压器各端口，构成了种新型双有源桥式变换器。
原边输人的直流电压经过原边全桥逆变单元后，变为交流矩形波，幅值等于输人直流电源电压。由于副边存在中心抽头，因此将副边视为两个
基金项目：国家自然科学基金（51077112)；河北省自然科学基金（E2012203163）
通信作者：孙孝峰（1970一），男，博士、教授，主要从事变流器拓扑及波形控制技术、功率因数校正与有源滤波技术、新能源变换与组网
技术方面的研究。sxf@ysu.edu.cr