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专利号: 2021104722454
申请人: 常熟理工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种谐振双有源桥变换器的调制控制方法,其特征在于,包括:首先,在谐振双有源桥变换器中,Vin和Vo分别是谐振双有源桥变换器的输入电压和输出电压,it和io分别是谐振双有源桥变换器的谐振电流和输出电流,Co是谐振双有源桥变换器的输出滤波电容,Lt和Ct分别是谐振双有源桥变换器的谐振电感和谐振电容,开关器件M1~M4为谐振双有源桥变换器的原边的四个开关器件,开关器件M5~M8为谐振双有源桥变换器的副边的四个开关器件,这八个开关器件分别对应包括一个反并联二极管dM1~dM8和一个寄生电容CM1~CM8,n是谐振双有源桥变换器的变压器变比;

接着,调节各开关器件M1~M8的门极触发信号,得出高频脉宽调制模式,由此产生初级交流电压vAB和次级交流电压vCD,根据所述谐振双有源桥变换器的谐振运行,采用基波近似FHA的方法进行稳态分析:由全桥串联谐振变换器的电路结构得到所述谐振双有源桥变换器在相量域的FHA等效电路,其中两个电压源分别是vAB和vCD/n的归一化基波相量,δ为开关管M4的脉冲宽度,φ为M5滞后M1的移相角,可以得到vAB的相量表达式 和vCD/n的相量表达式 分别如公式(3)和公式(4)所示:

所述产生初级交流电压vAB的方法,包括:调节开关器件M1和开关器件M2的工作周期为

50%而互补导通;开关器件M4的脉冲宽度减小到δ,开关器件M3的脉冲宽度增大到2π‑δ;由此产生了一个三电平PWM电压波形;

所述产生次级交流电压vCD的方法,包括:调节所述开关器件M5和开关器件M6的工作周期为50%而互补导通;调节所述开关器件M7和开关器件M8的工作周期为50%而互补导通;同时,所述开关器件M5和开关器件M8滞后开关器件M1一个移相角,定义这个移相角为φ;由此产生了次级交流电压vCD;

根据所述谐振双有源桥变换器的变压器的匝数比得出如公式(5)所示的所述谐振双有源桥变换器的电压增益M:

M=Vo/n Vin  (5)。

2.根据权利要求1所述的谐振双有源桥变换器的调制控制方法,其特征在于,根据归一化开关频率F=ωs/ωN、开关角频率ωs、质量因子Q=ωNLt/ZN得到谐振双有源桥变换器的谐振腔的归一化阻抗ZLC=QF‑Q/F,其中,ωN为归一化谐振角频率,2

ZN为基准阻抗,ZN=RL/n;

利用等效电路,可以得到如公式(6)所示的归一化的谐振电流表达式it,N,其中t表示时间:

it,N=IPcos(ωSt+Φi)  (6)其中相角φi和峰值电流IP分别如公式(8)和公式(7)所示:取电流it,N的有效值和电压vAB的有效值经过公式(9)计算可以得到归一化输出功率Po,N关于M4脉冲宽度δ与移相角φ的表达式:

3.根据权利要求2所述的谐振双有源桥变换器的调制控制方法,其特征在于,分析ZVS的范围,将开关器件M1~M8的开启点带入谐振电流公式并化简,得出每个开关器件对应的如表1所示的ZVS条件:

表1

开关 ZVS范围

M1、M2、M4 3‑cosδ‑4M cosφ>0 M3 1‑3cosδ+4M cos(δ‑φ)>0 M5、M6、M7、M8 cos(δ‑φ)‑3cosδ+4M>0 *

接着进行最小电流优化,其是在给定PO,N情况下,得到Irms最小时φ与δ的组合;通过峰值电流Ip可以得到如公式(10)所示的Irms的表达式:*

接着若要让Irms公式取得最小值,令PO,N=PO,N,再设立一个关于Irms的拉格朗日方程:L*

=Irms+λ(PO,N‑PO,N);

接着,将L对Φ求偏导数可以得到公式(11):将L对δ求偏导数可以得到公式(12):将L对λ求偏导数可以得到公式(13):将公式(11)‑公式(13)这样的三个公式化简可以得到φ、δ与M之间的关系表达式:

4M=3cosφ‑cos(δ‑φ)   (14)当φ、δ满足公式(14)的时候Irms取得最小值。

4.根据权利要求3所述的谐振双有源桥变换器的调制控制方法,其特征在于,将公式(14)代入PO,N关于φ、δ的公式中并进一步化简可得公式(15):从公式(15)可以看出,仅需调节vAB正脉冲的宽度δ即可控制PO,N的大小。