数字化移相式三相双有源桥双向DC/DC变换器的研究

目前,双有源桥双向DC/DC变换器(DAB)在电动汽车或混合动力汽车、直流电源、分布式发电系统和不间断电源中具有广泛的应用。它具有许多优势,不仅可以作为两个不同电压等级电气系统之间的联系桥梁,同时还能管理能量的双向流动,且具有零电压开通、较低的元件电压电流应力、高效率和高功率密度等优点。数字控制技术在大功率、高性能、智能化电力电子装置中得到发展,全数字控制系统不仅简化了硬件设计、稳定可靠、且可方便实现整个系统的其他辅助功能,例如网络通讯,数据交换等,从而实现电力电子装置的网络化和智能化。 本文对一种隔离型移相式三相双有源桥双向DC/DC变换器主电路进行了较为深入的研究。该变换器采用移相控制,具有隔离和大变比的特点,可实现ZVS软开关、大功率和高效率,有效地减少开关损耗。在介绍变换器工作原理的基础上,本文分析了变换器开关过程,描述了电压电流变化规律,推导出在两种固定占空比条件下变换器的传输功率表达式、实现软开关的条件及其数学表达式。PSpice仿真模型和样机实验结果证明,在占空比D=1/2和D=1/3两种条件下,变换器可采用移相控制调节输出功率的大小和方向,可实现大变比调压,且在较大负载范围内实现全部开关管的零电压开通,从而显著减小开关损耗,提高变换器运行效率。 根据数字化变换器的设计需求,本文介绍了变换器数字化控制系统的软硬件设计。详细介绍了串口/USB通信、CAN总线通信、Ethernet/互联网通信、液晶和键盘控制软硬件的设计,并介绍了监控规则、DSP软件框架和上位机监控软件的设计。变换器一方面独立自主地运行,进行自动闭环控制;另一方面可以接受多种终端的监测与遥控命令,随时调整运行状态,且在各个控制终端的通信和监控权限上不存在冲突。