Минимизация текущих напряжений для изолированного двойного активного моста постоянного тока

Том 12 научных докладов, Номер статьи: 16980 (2022) Цитировать эту статью

1775 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

В этой статье представлена ​​новая фазовая модуляция для изолированного преобразователя постоянного тока в постоянный ток (DAB) с двойным активным мостом (DAB). Предлагаемый метод направлен на минимизацию максимального тока напряжения преобразователя, что может напрямую повысить эффективность и снизить потери в устройстве. Этот метод модуляции управляет мощностью преобразователя только с помощью двух углов фазового сдвига или двух степеней свободы; один фазовый сдвиг используется между ветвями его первого моста, а другой - между ветвями второго моста. Хотя традиционный метод однофазного сдвига (SPS) имеет только одну степень свободы, он имеет множество недостатков, связанных с высоким током и обратным циркулирующим потоком мощности, которые снижают эффективность преобразователя. С другой стороны, увеличение количества углов фазового сдвига может повысить производительность системы, но также увеличить сложность управления. Таким образом, был проведен сравнительный анализ предложенного метода модуляции и традиционного СПС; новый метод показал лучшую производительность с точки зрения снижения текущего напряжения, а также простоту реализации.

Двунаправленные изолированные преобразователи постоянного тока в постоянный в настоящее время являются ключевым компонентом многих мощных устройств, таких как фотоэлектрические системы1, накопители энергии2,3,4 и электромобили4,5,6. Эти приложения требуют легкого и небольшого преобразователя мощности с высоким КПД для увеличения удельной мощности; кроме того, гальваническая развязка необходима в целях безопасности. Замена сетевых преобразователей частоты высокочастотными привела к значительному прогрессу в современных силовых преобразователях с точки зрения размера, веса и стоимости устройства7. Среди всех преобразователей постоянного тока тип двойного активного моста (DAB) превосходит его благодаря своим многочисленным преимуществам: он обеспечивает двунаправленный поток мощности за счет простого изменения угла сдвига фаз между напряжением двух мостов; симметричная компоновка упрощает его динамическое моделирование; Переключение при нулевом напряжении также возможно для каждого силового устройства без каких-либо дополнительных схем или специальных методов управления, в дополнение к преимуществу индуктивности рассеяния трансформатора8,9. Мощность преобразователя DAB можно увеличить за счет построения многопортовых конфигураций и модульных топологий, которые можно использовать в качестве промежуточного этапа в системе преобразования мощности среднего напряжения10.

Существует множество методов управления преобразователем этого типа; они основаны на управлении фазовым сдвигом. Управление с однофазным сдвигом (SPS) является наиболее широко используемым методом из-за его простоты11,12. Два прямоугольных напряжения генерируются в обоих мостах путем управления включением перекрестно соединенной пары переключателей в каждом мосту. Между этими двумя напряжениями необходимо регулировать только один угол сдвига фаз; Величину и направление мощности можно контролировать с помощью этого угла. Однако обратная циркулирующая мощность возникает из-за высокой токовой нагрузки на силовой преобразователь. Таким образом, потери силового устройства и магнитных компонентов высоки, что снижает эффективность преобразователя8. Было предпринято множество попыток повысить производительность этого метода. Переменный коэффициент заполнения был предложен в [13] путем расчета значения фазового угла в режиме онлайн в соответствии с динамикой преобразователя. Некоторые исследования были сосредоточены на увеличении диапазона плавного переключения14 или уменьшении реактивной мощности преобразователя15. Метод управления расширенным фазовым сдвигом (EPS) был разработан в [16] для достижения лучших характеристик. Он использует две степени свободы (т.е. внутренний и внешний фазовые углы); один фазовый сдвиг (внутренний фазовый угол) управляет сдвигом диагональных переключателей первичного моста, а другой действует как в методе SPS, то есть управляет сдвигом фаз между первичным и вторичным перекрестными переключателями моста. Технология управления EPS позволила значительно снизить обратную мощность и минимизировать токовую нагрузку в преобразователях DAB, а также расширить диапазон регулирования мощности передачи. Тем не менее, чтобы поменять направление потока мощности, этот метод требует поменять рабочие состояния двух мостов. Технология управления с двойным сдвигом фаз (DPS) была введена17 для устранения реактивной мощности и повышения эффективности преобразователя. Этот метод использует две степени свободы, как и метод EPS, но немного отличается, поскольку в обоих мостах, а не только в основном, в дополнение к внешнему фазовому сдвигу используется внутренний угол фазового сдвига. Расширенные исследования были также проведены для повышения эффективности DAB посредством управления тройным фазовым сдвигом (TPS) в ссылке 18, где используются три степени свободы. Другие исследования предложили комбинированные и настраиваемые фазовые сдвиги19, а также унифицированные методы управления фазовым сдвигом18. Однако, хотя эти методы и повышают производительность преобразователя, они также приводят к усложнению управления и математического анализа.