CN114696625A - 一种适用于单移相控制的双有源桥电感范围确定方法 - Google Patents

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CN114696625A CN202210278892.6A CN202210278892A CN114696625A CN 114696625 A CN114696625 A CN 114696625A CN 202210278892 A CN202210278892 A CN 202210278892A CN 114696625 A CN114696625 A CN 114696625A
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Abstract

本发明公开了一种适用于单移相控制的双有源桥电感范围确定方法。该方法考虑了电路输出最大功率应该大于给定的输出功率指标要求这一约束，此外还考虑了电路中功率器件应当实现零电压开关要求这一约束，同时分别对特征电流值方向要求、电感能量满足原边换流要求以及死区时间与电感值相匹配要求进行了详细的讨论并得到电感取值范围的最小值，保证了DAB电路中功率器件的零电压开关性能，提高了功率器件乃至整个装置工作的可靠性。同时由于功率器件不产生开关损耗，因此整体电路的损耗会有所降低，提高了DAB装置的工作效率。经过实验验证，本发明提出的电感范围确定方法考虑周全、过程清晰，保证了双有源桥电路正常工作的可靠性，具有较高的实用价值。

Description

一种适用于单移相控制的双有源桥电感范围确定方法
技术领域
本发明属于变压器、整流器和电感器制造领域，具体涉及一种适用于单移相控制的双有源桥电感范围确定方法。
背景技术
中压直流输电技术因其具有高效率、高可靠性、以控制、低成本等优势，在电能传输中的应用越来越广泛。通常，一种拓扑可以传输的功率与其含有的功率半导体的数量成正比，所以在几种常用的拓扑结构中，双有源桥(Dual Active Bridge，DAB)非常适合大功率场合下作为直流变换器进行使用。此外，与其他谐振变换器相比，DAB更易于实现零电压开关(Zero Voltage Switching，ZVS)，双向转换速度更快，因此DAB在中压大功率输电应用中的应用十分广泛。
近年来，宽禁带功率半导体如碳化硅(Silicon Carbide，SiC)、氮化镓(GalliumNitride，GaN)功率半导体发展迅猛，其中SiC MOSFET由于其具有开关速度快、导通电阻低、可工作温度高等特点，广泛应用于高压、高频电力电子装置中。国内外已经研究出使用SiCMOSFET的DAB装置，但是当电路工作频率较高、承载功率较大时，器件的开关损耗将会明显上升，因此需要令器件实现软开关。其中ZVS技术可以使得器件在导通时刻其漏源极之间电压为0V，进而令器件开通损耗近乎等于0。而对于DAB来说，以往研究并未对决定着DAB能否实现软开关的关键因素——电感范围的选取进行研究。
DAB的电感取值范围会影响电路两大工作性能，其一是影响电路的输出功率，如果选用感值太大的电感则电路最大输出功率无法满足设计要求；其二则会直接影响DAB电路中功率器件能否实现软开关或者说零电压开关。
除电感范围之外，对DAB采用何种控制策略同样会影响DAB能否实现ZVS。对于DAB，控制策略主要有单移相控制、双移相控制以及扩展移相控制，其中单移相控制(Single-Phase-Shift，SPS)由于其具有控制简单、动态性能优良等特点，在实际中应用最为广泛。对于理想情况下的SPS控制，当变压器变比与输入输出电压相匹配时，可以在整个功率范围内实现ZVS；否则，只有当DAB电感电流换流瞬间的电流方向满足要求时才能实现ZVS。当考虑器件的等效输出电容时，只有当器件换流结束时的最小电感电流满足要求时才能实现ZVS。而电感范围则影响了DAB在实际工作过程中这些要求是否可以得到满足。
此外，实际应用中，单移相控制下的移相比取决于电感的取值，但以往的研究没有将二者结合起来，考虑功率器件输出电容对实现ZVS的影响，给出一个解析的电感范围来实现零电压开关。此外，以往的研究中大多忽略了死区时间对DAB实现ZVS的影响。如果死区时间太短，器件在导通时刻的漏源极电压不会降至零；如果死区时间过长，DAB会产生死区效应，导致漏源极电压在下降到0后又重新上升，也会导致ZVS失败。综上所述，以往的研究并未对保证双有源桥高可靠性运行的电感范围进行详细的讨论。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于单移相控制的双有源桥电感范围确定方法，以解决上述现有DAB电感选值范围存在的考虑不周全、无法保证电路高可靠性工作的问题，本发明通过考虑电路输出最大功率需求以及电路功率器件零电压开关需求这两大约束，并在分析零电压开关需求时同时考虑了特征电流值方向要求、电感能量满足原边换流要求以及死区时间与电感值相匹配要求三大条件，得到满足三大条件与两大约束的电感取值范围。该电感范围确定方法考虑周全、过程清晰，确保了双有源桥在可以满足最大功率大于输出功率需求的同时，电路中SiC功率器件可以实现零电压开通，保证了双有源桥正常工作的可靠性，可应用于任意技术指标下使用单移相控制的双有源桥变换器的设计领域中。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种适用于双有源桥电路的电感范围确定方法，包括以下步骤：
S1：给定双有源桥的设计指标与相应参数；
S2：将设计指标与相应参数代入最大功率需求约束中，计算得到电感取值范围最大值Lmax；
S3：将设计指标与相应参数代入零电压开关需求约束中，并从特征电流值I1与I2均>0、电感能量满足原边换流需求以及死区时间与电感值应匹配三大条件的角度分别得到三个电感最小值Lmin1、Lmin2、Lmin3；
S4：综合三大条件得到的电感最小值Lmin1、Lmin2、Lmin3，对三者取最大值，找到满足三大条件的电感取值范围最小值Lmin；
S5：综合最大功率需求约束与零电压开关需求约束得到保证双有源桥高可靠性工作的电感取值范围。
所述双有源桥设计指标与相应参数主要包括：输入电压Vin、输出电压Vout、输出功率P、工作频率fs以及电压比例k，其中k可以表示为：
Figure BDA0003557287460000031
其中，n表示DAB变压器变比。
所述最大功率需求约束可以表示为：
Figure BDA0003557287460000032
其中，L表示电感值，Vout表示输出电流，η表示由于电路损耗的存在而设置的输出功率额外裕值，本发明中设置为1.1。
进一步地，得到满足最大功率需求约束下的电感取值范围最大值Lmax为：
Figure BDA0003557287460000041
所述零电压开关需求约束主要包含三个条件：条件1：特征电流值I1与I2均>0；条件2：电感能量满足原边换流需求；条件3：死区时间与电感值应匹配。
进一步地，所述条件1中特征电流值I1表示电感电流处于正半周期时，DAB副边侧H桥开始进行换流时的电感电流值；所述特征电流值I2表示电感电流处于正半周期时，DAB原边侧H桥开始进行换流时的电感电流值。所述条件1可以表示为：
Figure BDA0003557287460000042
其中，D表示采用单移相控制的DAB的移相比，可由下式进行计算：
Figure BDA0003557287460000043
进一步地，得到满足条件1的电感取值范围的第一个最小值Lmin1为：
Figure BDA0003557287460000044
进一步地，所述条件2可以表示为：
Figure BDA0003557287460000045
Figure BDA0003557287460000046
其中，I2可以由(4)得出；2Qoss(Vin)表示流入变压器原边绕组的总电荷量；Coss(v)表示不同电压下功率器件的输出电容，该参数可由所使用的功率器件的器件手册得到。
进一步地，得到满足条件2的电感取值范围的第二个最小值Lmin2为：
Figure BDA0003557287460000051
其中，A、B与Δ分别是求解中间变量：
Figure BDA0003557287460000052
进一步地，当k＝1时，满足条件2的电感取值范围的第二个最小值Lmin2可以简化为：
Figure BDA0003557287460000053
进一步地，所述条件3需要先对DAB装置中功率器件的死区时间进行设置。在本发明中，死区时间设置为：
tDT＝S(tImax+tII) (12)
其中，tDT表示DAB中H桥上下两个功率器件之间的死区时间；S表示为了保证功率器件实现ZVS所设的安全裕量，本发明中设置为1.5；tImax表示器件动态过程与驱动动态过程产生的延迟时间的最大值，可由下式进行计算：
tImax＝(tPDHLmax+td(off)max)-(tPDLHmin+td(on)min) (13)
其中，tPDHLmax表示栅极驱动下降沿延迟时间的最大值；td(off)max表示功率器件关断延迟时间的最大值；tPDLHmin表示栅极驱动上升沿延迟时间的最小值；td(on)min表示功率器件开通延迟时间的最小值。这些参数均可由所使用的功率器件的器件手册或栅极驱动的数据手册得到。
tⅡ表示器件换流过程的时间，可由相平面分析法得到：
Figure BDA0003557287460000061
其中，Ceq是用来计算瞬态换流过程的等效电容，其大小为：
Figure BDA0003557287460000062
进一步地，所述条件3可以表示为：
Figure BDA0003557287460000063
其中，tⅢ表示谐振结束时刻到死区时间结束时刻的总时间，为了得到条件3的充分条件，应将tⅢ设置为：
tIII＝tDT-S'(tImin+tII) (17)
其中，S'为最小延迟时间和谐振时间的安全裕量，本发明中取0.5；tImin表示延迟时间的最小值，可由下式进行计算：
tImin＝(tPDHLmin+td(off)min)-(tPDLHmax+td(on)max) (18)
其中，tPDHLmin表示栅极驱动下降沿延迟时间的最小值；td(off)min表示功率器件关断延迟时间的最小值；tPDLHmax表示栅极驱动上升沿延迟时间的最大值；td(on)max表示功率器件开通延迟时间的最大值。这些参数均可由所使用的功率器件的器件手册或栅极驱动的数据手册得到。
I2'表示谐振结束时刻的电感电流大小，可以由下式进行计算：
Figure BDA0003557287460000071
满足死区时间与电感值应匹配的电感取值范围的第三个最小值Lmin3可以由式(20)得到：
Figure BDA0003557287460000072
所述综合三大条件得到的电感最小值Lmin1、Lmin2、Lmin3之后，可以由下式得到满足所有条件的电感取值范围最小值Lmin：
Lmin＝max(Lmin1,Lmin2,Lmin3) (21)
所述综合最大功率需求约束与零电压开关需求约束得到保证双有源桥高可靠性工作的电感取值范围为：
L∈(Lmin,Lmax)(22)
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提出的一种适用于单移相控制的双有源桥电感范围确定方法考虑了电路输出最大功率应该大于给定的输出功率指标要求这一约束，使该范围内的电感可以保证DAB在给定技术指标下的正常工作。
本发明提出的一种适用于单移相控制的双有源桥电感范围确定方法还考虑了电路中功率器件应当实现零电压开关要求这一约束，同时分别对特征电流值方向要求、电感能量满足原边换流要求以及死区时间与电感值相匹配要求这三大条件进行了详细的讨论并得到三个相对应的电感最小值约束，进而通过选择三者中的最大值作为整个电感取值范围的最小值，保证了DAB电路中功率器件的零电压开关性能，使得DAB中功率器件工作过程中不产生开通损耗，大大减小了功率器件工作过程中的温升，提高了功率器件乃至整个装置工作的可靠性。同时由于功率器件不产生开关损耗，因此整体电路的损耗会有所降低，提高了DAB装置的工作效率。
本发明提出的一种适用于单移相控制的双有源桥电感范围确定方法考虑周全、过程清晰，有较强的实用性。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为双有源桥典型电路图；
图2为双有源桥工作原理波形图；
图3为双有源桥换流过程瞬态波形图；
图4为本发明的一种适用于单移相控制的双有源桥电感范围确定方法流程图；
图5为实验测试的双有源桥输入输出电压与电感电流波形图；
图6为实验测试的双有源桥原边换流过程瞬态波形图；
图7为实验测试的双有源桥副边换流过程瞬态波形图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
本发明方法具体步骤为：
(一)确定所设计的双有源桥的设计指标与相应参数，其中所需要的技术指标与参数主要包括输入电压Vin、输出电压Vout、输出功率P、工作频率fs以及电压比例k。请参见图1，图1给出了双有源桥典型电路图，各参数电路含义如图1所示。其中k可以表示为：
Figure BDA0003557287460000091
(二)使得双有源桥电感设计满足最大功率需求约束。其中最大功率需求即DAB可以传输的最大功率应当比输出功率要求高，否则该DAB电路不能满足设计要求。该约束可以表示为：
Figure BDA0003557287460000092
其中，L表示电感值，Vout表示输出电流，η表示由于电路损耗的存在而设置的输出功率额外裕值，本发明中设置为1.1。由式(2)可以得到满足最大功率需求约束下的电感取值范围最大值Lmax为：
Figure BDA0003557287460000101
(三)使得双有源桥电感设计满足零电压开关需求约束。其中最大零电压开关约束即DAB中原副边的功率器件在电路正常工作时应当实现零电压开关，即ZVS，否则该DAB电路中功率器件存在温升过高的安全隐患。零电压开关需求约束主要包含三个条件：条件1：特征电流值I1与I2均>0；条件2：电感能量满足原边换流需求；条件3：死区时间与电感值应匹配。下面分别对三个条件进行描述。
①使得双有源桥电感设计满足条件1。请参见图2，图2给出了双有源桥工作原理波形图，特征电流值I1、I2如图2中所示。其中特征电流值I1表示电感电流处于正半周期时，DAB副边侧H桥开始进行换流时的电感电流值；所述特征电流值I2表示电感电流处于正半周期时，DAB原边侧H桥开始进行换流时的电感电流值。请参见图1，对于变压器原边ZVS的实现，在S1和S4断开之前，电感电流应该大于零，死区时间内电流通过二极管D2和D3续流，因此S2和S3可以实现ZVS导通。同理，对于变压器副边侧的ZVS，DAB副边侧H桥开始进行换流时的电感电流值应该大于零。因此，所述条件1可以表示为：
Figure BDA0003557287460000102
其中，D表示采用单移相控制的DAB的移相比，可由下式进行计算：
Figure BDA0003557287460000103
由(4)与(5)可以得到满足条件1的电感取值范围的第一个最小值Lmin1为：
Figure BDA0003557287460000111
其中当k＝1时，Lmin1＝0，意味着当输入输出电压关于变压器变比匹配的理想情况下，DAB始终可以实现ZVS。
②使得双有源桥电感设计满足条件2。条件2考虑了电感在功率器件开始换流的瞬间能量应该足够大，使得功率器件的输出电容完成充放电。由于DAB变压器原副边均会发生换流过程，同时原副边换流过程工作原理并不完全相同，因此需要分别进行考虑。
对于DAB变压器副边侧的换流过程，在换流过程中电感能量会相应增加，体现到电流上即电感电流增加。因此当单移相控制中的移相比D>0时，电感能量始终满足要求。所以条件2只需关注原边侧换流过程电感能量是否满足要求，故条件2可以表述为电感能量满足原边换流需求。
对于DAB变压器原边侧的换流过程，在换流过程中电感能量会相应减小，体现到电流上即电感电流减小。为了保证即将导通的功率器件漏源极电压可以完全降到0V，电感能量应当足以足够大以支持换流完成。因此，所述条件2可以表示为：
Figure BDA0003557287460000112
Figure BDA0003557287460000113
其中，I2可以由(4)得出；2Qoss(Vin)表示流入变压器原边绕组的总电荷量；Coss(v)表示不同电压下功率器件的输出电容，该参数可由所使用的功率器件的器件手册得到。进一步将(1)、(4)以及(5)代入(7)中，可以将(7)改写为：
Figure BDA0003557287460000121
该不等式为关于L的一元二次不等式，共有两个范围解：
L<La or L>Lb(10)
其中，La和Lb表示一元二次不等式的两个解。然而L<La所得到的解中会解出I2<0，与条件1相冲突，因此取L>Lb。可以得到满足条件2的电感取值范围的第二个最小值Lmin2为：
Figure BDA0003557287460000122
其中，A、B与Δ分别是求解中间变量：
Figure BDA0003557287460000123
进一步地，当k＝1时，满足条件2的电感取值范围的第二个最小值Lmin2可以简化为：
Figure BDA0003557287460000124
③使得双有源桥电感设计满足条件3。请参见图3，图3给出了双有源桥换流过程瞬态波形图，tPDHL、td(off)、tPDLH、td(on)、tⅡ以及tⅢ的含义如图所示。条件3考虑了器件换流过程的瞬态死区时间效应，这是实际应用中DAB实现ZVS的充分条件。为了防止同一桥臂上下两个功率器件发生直通，因此在应用中需要设置死区时间。然而死区时间不应设置过长，避免发生死区时间效应，即电压极性反转、电压凹陷等现象。相反，如果死区时间设置过短，不仅DAB将不能工作在ZVS模式下，甚至还可能导致功率器件直通问题。因此，需要首先对DAB装置中功率器件的死区时间进行设置。在本发明中，设置死区时间如下式
tDT＝S(tImax+tII) (14)
其中，tDT表示DAB中H桥上下两个功率器件之间的死区时间；S表示为了保证功率器件实现ZVS所设的安全裕量，本发明中设置为1.5；tImax表示器件动态过程与驱动动态过程产生的延迟时间的最大值，由下式定义：
tImax＝(tPDHLmax+td(off)max)-(tPDLHmin+td(on)min) (15)
其中，tPDHLmax表示栅极驱动下降沿延迟时间的最大值；td(off)max表示功率器件关断延迟时间的最大值；tPDLHmin表示栅极驱动上升沿延迟时间的最小值；td(on)min表示功率器件开通延迟时间的最小值。这些参数均可由所使用的功率器件的器件手册或栅极驱动的数据手册得到。
tⅡ表示器件换流过程的时间，可由相平面分析法得到：
Figure BDA0003557287460000131
其中，Ceq是用来计算瞬态换流过程的等效电容，其大小为：
Figure BDA0003557287460000141
设置完成死区时间后，需要对满足条件3的电感取值范围进行分析。请参见图3，tⅢ表示谐振结束时刻到死区时间结束时刻的总时间。在这段时间内即将导通的功率器件S2的体二极管开始进行续流，其漏源极电压vds2箝位至接近零。在这种情况下，电感电压vL是一个恒值：
vL＝-(Vin+nVout) (18)
此时电感电流iL呈线性递减。而功率器件S2应该在iL改变方向之前开启，否则，其将因死区时间效应而无法实现零电压导通。因此，条件3可以表示为：
Figure BDA0003557287460000142
其中，tⅢ表示谐振结束时刻到死区时间结束时刻的总时间，为了得到条件3的充分条件，应将tⅢ设置为：
tIII＝tDT-S'(tImin+tII) (20)
其中，S'为最小延迟时间和谐振时间的安全裕量，本发明中取0.5；tImin表示延迟时间的最小值，可由下式进行计算：
tImin＝(tPDHLmin+td(off)min)-(tPDLHmax+td(on)max) (21)
其中，tPDHLmin表示栅极驱动下降沿延迟时间的最小值；td(off)min表示功率器件关断延迟时间的最小值；tPDLHmax表示栅极驱动上升沿延迟时间的最大值；td(on)max表示功率器件开通延迟时间的最大值。这些参数均可由所使用的功率器件的器件手册或栅极驱动的数据手册得到。
I2'表示谐振结束时刻的电感电流大小，可以由下式进行计算：
Figure BDA0003557287460000151
满足死区时间与电感值应匹配的电感取值范围的第三个最小值Lmin3由式(23)得到：
Figure BDA0003557287460000152
由于DAB变压器原副边均设置有死区时间同时换流过程不完全相同，同样需要考虑副边换流过程与死区时间瞬态过程。如前面所述，对于DAB变压器副边侧的换流过程，在换流过程中电感能量会相应增加，因此只要电感取值范围满足条件1，则电感电流iL便不会改变方向，因此条件3只需关注原边侧换流过程电感值是否与死区时间相匹配。
(四)综合三大条件使得双有源桥电感设计满足零电压开关需求约束。通过三大条件得到的电感最小值Lmin1、Lmin2、Lmin3之后，可以由下式得到满足所有条件的电感取值范围最小值Lmin：
Lmin＝max(Lmin1,Lmin2,Lmin3) (24)
(五)综合两个约束得到电感取值范围。根据上述对于最大功率需求约束与零电压开关需求约束的讨论，分别得到了电感取值范围的最大值与最小值，因此最终得到保证双有源桥高可靠性工作的电感取值范围为：
L∈(Lmin,Lmax) (25)
请参见图4，图4给出了本发明的适用于单移相控制的双有源桥电感范围确定方法流程图。利用输入电压为750V、输出电压期望值为700V、输出功率期望值为3500W、工作频率为80kHz、电压比例为0.95、负载电阻为140Ω的DAB装置对本发明提出的适用于单移相控制的双有源桥电感损耗确定方法的准确性与有效性进行验证。将实验条件代入本发明提出的电感范围确定方法中，得到该实验条件下电感取值范围为：
L∈(83.3μH,108.7μH) (26)
因此实验验证中选择电感值为84.7μH，属于该范围。请参见图5，图5给出了实验测试的双有源桥输入输出电压与电感电流波形图，可以看到通过该电感值的选取使得电路输出电压可以达到所期望的700V。而由于负载电阻值140Ω，则DAB输出功率可以达到所期望的3500W。电感选值符合最大功率需求约束。请参见图6，图6给出了实验测试的双有源桥原边换流过程瞬态波形图，其中换流过程为从图1中S1、S4功率器件换流至S2、S3功率器件。由图6可以发现S2功率器件在其漏源极电压vDS2下降至0V后，其栅极驱动电压vGS2才开始缓慢上升，说明通过该电感值的选取实现了原边功率器件的ZVS。请参见图7，图7给出了实验测试的双有源桥副边换流过程瞬态波形图，其中换流过程为从图1中S6、S7功率器件换流至S5、S8功率器件。由图7可以发现S5功率器件在其漏源极电压vDS5下降至0V后，其栅极驱动电压vGS5才开始缓慢上升，说明通过该电感值的选取实现了副边功率器件的ZVS。综上所述，通过该电感取值范围内电感值的选取，满足了最大功率需求约束与零电压开关约束。
本发明提出了一种适用于单移相控制的双有源桥电感范围确定方法。本发明考虑了电路输出最大功率应该大于给定的输出功率指标要求这一约束，使得该范围内的电感可以保证DAB在给定技术指标下的正常工作。此外该方法还考虑了电路中功率器件应当实现零电压开关要求这一约束，同时分别对特征电流值方向要求、电感能量满足原边换流要求以及死区时间与电感值相匹配要求这三大条件进行了详细的讨论并得到电感取值范围的最小值，保证了DAB电路中功率器件的零电压开关性能，提高了功率器件乃至整个装置工作的可靠性。同时由于功率器件不产生开关损耗，因此整体电路的损耗会有所降低，提高了DAB装置的工作效率。经过实验验证，本发明提出的电感范围确定方法考虑周全、过程清晰，保证了双有源桥电路正常工作的可靠性，具有较高的实用价值。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种适用于单移相控制的双有源桥电感范围确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：给定双有源桥的设计指标与相应参数；
S2：将设计指标与相应参数代入最大功率需求约束中，计算得到电感取值范围最大值Lmax；
S3：将设计指标与相应参数代入零电压开关需求约束中，并从特征电流值I1与I2均>0、电感能量满足原边换流需求以及死区时间与电感值应匹配三大条件的角度分别得到三个电感最小值Lmin1、Lmin2、Lmin3；
S4：综合三大条件得到的电感最小值Lmin1、Lmin2、Lmin3，对三者取最大值，找到满足三大条件的电感取值范围最小值Lmin；
S5：综合最大功率需求约束得到的电感取值范围最大值Lmax与零电压开关需求约束得到的电感取值范围最小值Lmin得出保证双有源桥高可靠性工作的电感取值范围。
2.根据权利要求1所述的一种适用于单移相控制的双有源桥电感范围确定方法，其特征在于，所述双有源桥设计指标与相应参数主要包括：输入电压Vin、输出电压Vout、输出功率P、工作频率fs以及电压比例k，其中k表示为：
Figure FDA0003557287450000011
其中，n表示DAB变压器变比。
3.根据权利要求2所述的一种适用于单移相控制的双有源桥电感范围确定方法，其特征在于，所述最大功率需求约束表示为：
Figure FDA0003557287450000012
其中，L表示电感值，Iout表示输出电流，η表示由于电路损耗的存在而设置的输出功率额外裕值；
满足最大功率需求约束下的电感取值范围最大值Lmax为：
Figure FDA0003557287450000021
4.根据权利要求2所述的一种适用于单移相控制的双有源桥电感范围确定方法，其特征在于，所述特征电流值I1表示电感电流处于正半周期时，DAB副边侧H桥开始进行换流时的电感电流值；所述特征电流值I2表示电感电流处于正半周期时，DAB原边侧H桥开始进行换流时的电感电流值；所述特征电流值I1与I2均>0，表示为：
Figure FDA0003557287450000022
其中，D表示采用单移相控制的DAB的移相比，由下式进行计算：
Figure FDA0003557287450000023
则符合特征电流值I1与I2均>0的电感取值范围的第一个最小值Lmin1为：
Figure FDA0003557287450000024
5.根据权利要求4所述的一种适用于单移相控制的双有源桥电感范围确定方法，其特征在于，所述电感能量满足原边换流需求表示为：
Figure FDA0003557287450000025
Figure FDA0003557287450000026
其中，2Qoss(Vin)表示流入变压器原边绕组的总电荷量；Coss(v)表示不同电压下功率器件的输出电容，由所使用的功率器件的器件手册得到；
则符合电感能量满足原边换流需求的电感取值范围的第二个最小值Lmin2为：
Figure FDA0003557287450000031
其中，A、B与Δ分别是求解中间变量：
Figure FDA0003557287450000032
当k＝1时，符合电感能量满足原边换流需求的电感取值范围的第二个最小值Lmin2简化为：
Figure FDA0003557287450000033
6.根据权利要求4所述的一种适用于单移相控制的双有源桥电感范围确定方法，其特征在于，所述死区时间与电感值应匹配，首先对DAB装置中功率器件的死区时间设置如下：
tDT＝S(tImax+tII) (12)
其中，tDT表示DAB中H桥上下两个功率器件之间的死区时间；S表示为了保证功率器件实现ZVS所设的安全裕量；tImax表示器件动态过程与驱动动态过程产生的延迟时间的最大值，由下式进行计算：
tImax＝(tPDHLmax+td(off)max)-(tPDLHmin+td(on)min) (13)
其中，tPDHLmax表示栅极驱动下降沿延迟时间的最大值；td(off)max表示功率器件关断延迟时间的最大值；tPDLHmin表示栅极驱动上升沿延迟时间的最小值；td(on)min表示功率器件开通延迟时间的最小值；
tⅡ表示器件换流过程的时间，由相平面分析法得到：
Figure FDA0003557287450000041
其中，Ceq表示用来计算瞬态换流过程的等效电容：
Figure FDA0003557287450000042
7.根据权利要求6所述的一种适用于单移相控制的双有源桥电感范围确定方法，其特征在于，所述死区时间与电感值应匹配表示为：
Figure FDA0003557287450000043
其中，tⅢ表示谐振结束时刻到死区时间结束时刻的总时间，tⅢ设置为：
tIII＝tDT-S'(tImin+tII) (17)
其中，S'为最小延迟时间和谐振时间的安全裕量；tImin表示延迟时间的最小值，由下式进行计算：
tImin＝(tPDHLmin+td(off)min)-(tPDLHmax+td(on)max) (18)
其中，tPDHLmin表示栅极驱动下降沿延迟时间的最小值；td(off)min表示功率器件关断延迟时间的最小值；tPDLHmax表示栅极驱动上升沿延迟时间的最大值；td(on)max表示功率器件开通延迟时间的最大值；
I2'表示谐振结束时刻的电感电流大小，由下式进行计算：
Figure FDA0003557287450000051
满足死区时间与电感值应匹配的电感取值范围的第三个最小值Lmin3由式(20)得到：
Figure FDA0003557287450000052
8.根据权利要求7所述的一种适用于单移相控制的双有源桥电感范围确定方法，其特征在于，所述电感取值范围最小值Lmin表示如下：
Lmin＝max(Lmin1,Lmin2,Lmin3) (21)。
9.根据权利要求7所述的一种适用于单移相控制的双有源桥电感范围确定方法，其特征在于，所述保证双有源桥高可靠性工作的电感取值范围为：
L∈(Lmin,Lmax) (22)。
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