一种用于DAB变换器的通过双变压器重构变压器等效匝数比的方法

本发明涉及双有源桥变换器，特别是一种用于dab变换器的通过双变压器重构变压器等效匝数比的方法。

背景技术：

1、双有源桥(dab)dc-dc变换器是现阶段最受欢迎的大功率隔离型双向dc-dc变换器，被广泛应用于储能系统、电气交通、可再生能源等场合，dab变换器的电路拓扑如图1所示。然而，当原边和副边电压不匹配时，dab变换器的无功功率和电流应力将显著增大，在中轻载条件下部分开关管不能实现软开关，导通损耗、开关损耗和故障率增高，变换器在全负载条件下的传输效率下降。dab变换器在原边和副边电压不匹配时存在的问题制约了其在具有宽电压范围需求场景的应用。

2、采用副边两个全桥串-并联切换或者重构变压器匝数比的方法，可以令dab变换器在宽电压范围下取得较高的效率。目前已公开发表的用于宽电压范围的方案如图2所示。其中np，ns.1，ns.2表示多绕组变压器原边和副边绕组的匝数，r1，r2表示继电器或者四象限开关形式的辅助开关，cdc为隔直电容。

3、采用副边两个全桥串-并联切换的方法如图2(a)所示。通过控制开关r1副边的两个全桥在低电压条件下以并联连接，而在高电压条件下以串联连接，变换器取得2种变压器匝数比，能够在宽电压条件下取得较高的效率。利用三桥臂电路重构变压器匝数比的方案如图2(b)和(c)所示。如图2(b)，该方案具有2个变压器副边绕组、一个辅助开关r1和3个由开关管构成的桥臂，通过控制r1的开通与关断能够实现2种变压器匝数比的工作模式之间的转换。如图2(b)，该方案具有2个变压器副边绕组、2个辅助开关r1、r2和3个由开关管构成的桥臂，通过控制r1和r2的开通与关断能够实现3种变压器匝数比的工作模式之间的转换。

4、上诉方案存在的问题有：(1)变换器在宽电压范围下的运行需要辅助开关才能实现，制造成本上升。(2)辅助开关的引入使变换器的动态性能受到挑战。(3)多绕组变压器的存在导致变换器的变压器设计复杂。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于dab变换器的通过双变压器重构变压器等效匝数比的方法，实现在超宽电压范围的条件下保持dab变换器的高效率运行。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于dab变换器的通过双变压器重构变压器等效匝数比的方法，包括辅助电感l、第一变压器t1和第二变压器t2，第一变压器t1和第二变压器t2的匝比分别为n1和n2，且满足大小关系n1<n2，原边包括第一开关s1、第二开关s2、第三开关s3以及第四开关s4构成双桥臂电路；副边由第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3、第四开关管q4、第五开关管q5以及第六开关管q6构成三桥臂电路；

3、包括三种变压器等效匝数比的工作模式，分别为modea，mode b和mode c；其中th为半个周期；vac，vde，vef，vdf，vbc为变换器的高频交流电压；所采用的多重移相调制方法为三重移相调制tps，其中d0为原边和副边h桥之间的移相比即第一开关管q1延迟第一开关s1的开通时间与th的比值)；d1为原边h桥的内移相比即第四开关s4延迟第一开关s1的开通时间与th的比值)；d2为副边桥式电路的内移相比。

4、在一较佳的实施例中，变换器工作在modea情况下副边第三开关管q3和第五开关管q5，第四开关管q4和第六开关管q6保持同步开通和关断，此时第二变压器t2的副边绕组被短路，双变压器的等效匝数为第一变压器t1的匝数，即neq＝n1。

5、在一较佳的实施例中，变换器工作在mode b情况下副边第一开关管q1和第三开关管q3，第二开关管q2和第四开关管q4保持同步开通和关断，此时第一变压器t1的副边绕组被短路，双变压器的等效匝数为第二t2的匝数，即neq＝n2。

6、在一较佳的实施例中，变换器工作在mode c情况下副边第一开关管q1和第五开关管q5，第二开关管q2和第六开关管q6保持同步开通和关断；第一变压器t1和第二变压器t2从副边反射到原边的电压的相位完全相反，即vbc＝v2/n1-v2/n2，变压器的等效匝数为neq＝v2/vbc＝v2/(v2/n1-v2/n2)＝n1n2/(n2-n1)。

7、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

8、(1)在超宽电压范围的条件下保持dab变换器的高效率运行。

9、现有宽电压范围下dab变换器方案具有的不同等效匝数比数量较少，无法在超宽电压范围下保证输入输出电压匹配或接近匹配。而本发明所提基于双变压器的重构变压器等效匝数比的方法至多能够实现6种不同的变压器等效匝数比，大量增加了不同变压器等效匝数比工作模式的数量，在超宽电压范围下保证变换器的原边电压和副边电压通过变压器映射到原边的电压相匹配或接近匹配，提高变换器效率。

10、(2)无需任何额外辅助开关。

11、本发明通过改变副边开关管的驱动逻辑来重构变压器的等效匝数比，无需任何辅助开关。具有成本低，动态性能好等优点。

12、(3)可兼容传统dab的控制方法，控制易于实现。

13、本发明所提出通过双变压器重构变压器等效匝数比的控制方法具有和传统dab变换器一致的等效电路，可兼容传统dab变换器的控制方法，优化控制的实现无需复杂的数学分析过程，控制易于实现。

技术特征：

1.一种用于dab变换器的通过双变压器重构变压器等效匝数比的方法，其特征在于，包括辅助电感l、第一变压器t1和第二变压器t2，第一变压器t1和第二变压器t2的匝比分别为n1和n2，且满足大小关系n1<n2，原边包括第一开关s1、第二开关s2、第三开关s3以及第四开关s4构成双桥臂电路；副边由第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3、第四开关管q4、第五开关管q5以及第六开关管q6构成三桥臂电路；

2.根据权利要求1所述的一种用于dab变换器的通过双变压器重构变压器等效匝数比的方法，其特征在于，变换器工作在modea情况下副边第三开关管q3和第五开关管q5，第四开关管q4和第六开关管q6保持同步开通和关断，此时第二变压器t2的副边绕组被短路，双变压器的等效匝数为第一变压器t1的匝数，即neq＝n1。

3.根据权利要求1所述的一种用于dab变换器的通过双变压器重构变压器等效匝数比的方法，其特征在于，变换器工作在mode b情况下副边第一开关管q1和第三开关管q3，第二开关管q2和第四开关管q4保持同步开通和关断，此时第一变压器t1的副边绕组被短路，双变压器的等效匝数为第二t2的匝数，即neq＝n2。

4.根据权利要求1所述的一种用于dab变换器的通过双变压器重构变压器等效匝数比的方法，其特征在于，变换器工作在mode c情况下副边第一开关管q1和第五开关管q5，第二开关管q2和第六开关管q6保持同步开通和关断；第一变压器t1和第二变压器t2从副边反射到原边的电压的相位完全相反，即vbc＝v2/n1-v2/n2，变压器的等效匝数为neq＝v2/vbc＝v2/(v2/n1-v2/n2)＝n1n2/(n2-n1)。

技术总结本发明提供了一种用于DAB变换器的通过双变压器重构变压器等效匝数比的方法，包括辅助电感L、第一变压器T<subgt;1</subgt;和第二变压器T<subgt;2</subgt;，第一变压器T<subgt;1</subgt;和第二变压器T<subgt;2</subgt;的匝比分别为n<subgt;1</subgt;和n<subgt;2</subgt;，且满足大小关系n<subgt;1</subgt;<n<subgt;2</subgt;，原边包括第一开关S<subgt;1</subgt;、第二开关S<subgt;2</subgt;、第三开关S<subgt;3</subgt;以及第四开关S<subgt;4</subgt;构成双桥臂电路；副边由第一开关管Q<subgt;1</subgt;、第二开关管Q<subgt;2</subgt;、第三开关管Q<subgt;3</subgt;、第四开关管Q<subgt;4</subgt;、第五开关管Q<subgt;5</subgt;以及第六开关管Q<subgt;6</subgt;构成三桥臂电路；应用本技术方案可实现在超宽电压范围的条件下保持DAB变换器的高效率运行。技术研发人员：张艺明,谢鸿彪,张韬,饶培耀受保护的技术使用者：福州大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29