CN117728695A - 双有源桥变换器的控制方法、控制器和双有源桥变换器 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种双有源桥变换器的控制方法、控制器和双有源桥变换器。控制方法包括：计算第二有源桥的输入电压，得到第二有源桥的输入电压关于外部移相角的第一公式；计算第一有源桥的输出电压，得到第二公式；基于第一公式和第二公式，得到谐振腔的电流有效值关于外部移相角的函数关系式。基于谐振腔的电流有效值关于外部移相角的函数关系式，确定外部移相角的第一边界范围。根据外部移相角的第一边界范围输出第一驱动信号和第二驱动信号。本申请通过第一有源桥的输出电压和第二有源桥的输入电压确定谐振腔的电流有效值关于外部移相角的函数关系式，根据该关系式确定电流有效值满足工作效率较高条件时的外部移相角的边界范围，提高工作效率。

Description

双有源桥变换器的控制方法、控制器和双有源桥变换器

技术领域

本申请涉及电源技术领域，尤其涉及一种双有源桥变换器的控制方法、控制器和双有源桥变换器。

背景技术

随着新能源行业的发展，隔离型双向直流/直流（DC/DC）变换器在电动汽车、储能逆变器等领域的应用越来越广泛。这些领域常面临着超宽电压增益范围的要求，对系统的高效率和高功率密度提出了极大的挑战。

目前隔离型双向DC/DC变换器的主流方案是采用两级式DC/DC变换器，两级结构可以有效拓宽电压增益范围，但是也会导致系统效率难以提高，且元器件的数目较多，设计成本上升。除此之外，在单级式DC/DC变换器中，采用的是单相双有源桥变换器，其控制方法易于实现，但是在大功率应用中的电流纹波较大，往往需要体积更大的滤波电容，导致功率密度难以提高。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本申请提供一种双有源桥变换器的控制方法、控制器和双有源桥变换器。

本申请提供一种双有源桥变换器的控制方法，所述双有源桥变换器包括依次电连接的第一有源桥、谐振腔和第二有源桥，所述方法包括：

计算所述第二有源桥的输入电压，得到所述第二有源桥的输入电压关于外部移相角的第一公式；所述外部移相角为用于驱动所述第一有源桥的第一驱动信号和用于驱动所述第二有源桥的第二驱动信号之间的角度差；

计算所述第一有源桥的输出电压，得到第二公式；

基于所述第一公式和所述第二公式，得到所述谐振腔的电流有效值关于所述外部移相角的函数关系式；

基于所述谐振腔的电流有效值关于所述外部移相角的函数关系式，确定所述外部移相角的第一边界范围；

根据所述外部移相角的第一边界范围输出所述第一驱动信号和所述第二驱动信号。

在一实施例中，计算所述第二有源桥的输入电压，得到所述第二有源桥的输入电压关于外部移相角的第一公式，包括：

对所述第二有源桥的输入电压进行傅里叶变换，得到所述第二有源桥的输入电压关于外部移相角和电压增益的第一公式；所述电压增益为所述第二有源桥的输出电压相对于所述第一有源桥的输入电压的放大倍数；

计算所述第一有源桥的输出电压，得到第二公式，包括：

对所述第一有源桥的输出电压进行傅里叶变换，得到所述第一有源桥的输出电压关于死区时间的第二公式；所述死区时间为所述第一有源桥任一相桥臂的上开关管和下开关管之间的互锁延时时间；

基于所述第一公式和所述第二公式，得到所述谐振腔的电流有效值关于所述外部移相角的函数关系式，包括：

基于所述第一公式和第二公式，确定所述谐振腔的电流有效值关于所述外部移相角、所述电压增益和所述死区时间的函数关系式。

在一实施例中，基于所述第一公式和第二公式，确定所述谐振腔的电流有效值关于所述外部移相角、所述电压增益和所述死区时间的函数关系式，包括：

基于所述第一公式和所述第二公式，得到所述谐振腔的电流关于所述外部移相角、所述电压增益、所述死区时间和负载阻抗的第三公式；

基于所述第三公式，得到所述谐振腔的电流有效值关于所述外部移相角、所述电压增益、所述死区时间和所述负载阻抗的第四公式；

基于所述第二公式和所述第三公式，得到所述第一有源桥的输出电流关于所述外部移相角、所述死区时间和所述负载阻抗的第五公式；

将所述第五公式代入所述第四公式，得到所述谐振腔的电流有效值关于所述外部移相角、所述电压增益和所述死区时间的函数关系式。

在一实施例中，基于所述第二公式和所述第三公式，得到所述第一有源桥的输出电流关于所述外部移相角、所述死区时间和所述负载阻抗的第五公式，包括：

对一个周期内所述第一有源桥的输出电压与所述谐振腔的电流的乘积进行积分，得到所述第一有源桥的输出功率关于所述外部移相角、所述电压增益、所述死区时间和所述负载阻抗的第六公式；

基于所述第六公式，得到所述第二有源桥的输出电流关于所述外部移相角、所述电压增益、所述死区时间和所述负载阻抗的第五公式。

在一实施例中，基于所述谐振腔的电流有效值关于所述外部移相角的函数关系式，确定所述外部移相角的第一边界范围，包括：

计算所述电流有效值关于所述外部移相角的函数关系式的最小值，及基于所述电流有效值关于所述外部移相角的函数关系式的最小值，确定所述外部移相角关于所述死区时间和所述电压增益的函数关系式。

在一实施例中，计算所述电流有效值关于所述外部移相角的函数关系式的最小值，及基于所述电流有效值关于所述外部移相角的函数关系式的最小值，确定所述外部移相角关于所述死区时间和所述电压增益的函数关系式，包括：

计算所述电流有效值关于所述外部移相角的函数关系式的一阶导数，得到所述电压增益处于第一区间时，所述外部移相角关于所述死区时间和所述电压增益的第一函数关系式，以及所述电压增益处于第二区间时，所述外部移相角关于所述死区时间和所述电压增益的第二函数关系式。

在一实施例中，所述双有源桥变换器的控制方法还包括：

获取所述第一有源桥的输入电压和所述第二有源桥的输出电压；

基于所述第一有源桥的输入电压和所述第二有源桥的输出电压，得到所述电压增益；

若所述电压增益处于所述第一区间，根据所述死区时间、所述电压增益和所述第一函数关系式确定所述外部移相角；

若所述电压增益处于所述第二区间，根据所述死区时间、所述电压增益和所述第二函数关系式确定所述外部移相角。

在一实施例中，所述双有源桥变换器的控制方法还包括：

获取所述第一有源桥第一相桥臂的上开关管的寄生电容的电荷量；

获取所述电荷量对应的所述谐振腔的最小电流值；

基于所述电荷量和所述最小电流值，得到所述第一有源桥第一相桥臂的上开关管和下开关管之间的死区时间。

在一实施例中，所述双有源桥变换器的控制方法还包括：

基于所述第三公式，确定所述第一有源桥第一相桥臂的上开关管导通，且所述谐振腔的电流大于0时，所述外部移相角关于所述死区时间和所述电压增益的第三函数关系式；

基于所述第三公式，确定所述第二有源桥第一相桥臂的上开关管导通，且所述谐振腔的电流小于0时，所述外部移相角关于所述死区时间和所述电压增益的第四函数关系式；

根据所述第三函数关系式和所述第四函数关系式确定所述外部移相角的第二边界范围。

在一实施例中，所述双有源桥变换器的控制方法还包括：

根据所述第一边界范围和所述第二边界范围的交集，确定所述外部移相角的第三边界范围；

根据所述外部移相角的第三边界范围输出所述第一驱动信号和所述第二驱动信号。

在一实施例中，根据所述外部移相角输出所述第一驱动信号和所述第二驱动信号后，所述双有源桥变换器的控制方法还包括：

获取所述双有源桥变换器的输出电流；

计算所述双有源桥变换器的输出电流和电流参考值的电流差值；

根据所述电流差值生成补偿信号；

根据所述补偿信号调整所述第一驱动信号和所述第二驱动信号。

本申请还提出一种控制器，所述控制器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器用于执行所述程序时，实现上述的双有源桥变换器的控制方法。

本申请还提出一种双有源桥变换器，包括有依次电连接的第一有源桥、谐振腔和第二有源桥，所述双有源桥变换器还包括上述的控制器；

所述控制器用于计算所述第二有源桥的输入电压，得到所述第二有源桥的输入电压关于外部移相角的第一公式；所述外部移相角为用于驱动所述第一有源桥的第一驱动信号和用于驱动所述第二有源桥的第二驱动信号之间的角度差；以及计算所述第一有源桥的输出电压，得到第二公式；

所述控制器还用于基于所述第一公式和所述第二公式，得到所述谐振腔的电流有效值关于所述外部移相角的函数关系式；基于所述谐振腔的电流有效值关于所述外部移相角的函数关系式，确定所述外部移相角的第一边界范围；根据所述外部移相角的第一边界范围输出所述第一驱动信号和所述第二驱动信号。

本申请通过第一有源桥的输出电压和第二有源桥的输入电压确定谐振腔的电流有效值关于所述外部移相角的函数关系式，并根据该关系式确定电流有效值满足工作效率较高条件时的外部移相角的边界范围，从而提高双有源桥变换器的工作效率。

附图说明

图1为本申请实施例的双有源桥变换器的模块结构图。

图2为本申请一实施例的双有源桥变换器的控制方法的流程图。

图3为本申请另一实施例的双有源桥变换器的控制方法的流程图。

图4本申请又一实施例的双有源桥变换器的控制方法的流程图。

图5为本申请又一实施例的双有源桥变换器的控制方法的流程图。

图6为本申请又一实施例的双有源桥变换器的控制方法的流程图。

图7为本申请又一实施例的双有源桥变换器的控制方法的流程图。

图8为本申请控制方法中外部移相角的第一边界范围曲线图。

图9为本申请控制方法中得到电压增益和确定外部移相角的流程图。

图10为本申请控制方法中确定死区时间的流程图。

图11为本申请又一实施例的双有源桥变换器的控制方法的流程图。

图12为本申请控制方法中外部移相角的第二边界范围曲线图。

图13为本申请又一实施例的双有源桥变换器的控制方法的流程图。

图14为本申请控制方法中外部移相角的第三边界范围曲线图。

图15为本申请又一实施例的双有源桥变换器的控制方法的流程图。

主要元件符号说明

双有源桥变换器100；第一有源桥110；谐振腔 120；第二有源桥130；控制器140；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；第六开关管Q6；第一电压检测电路150；补偿器180；电流检测电路170；第七开关管Q7；变压器90。

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。

具体实施方式

以下描述将参考附图以更全面地描述本申请内容。附图中所示为本申请的示例性实施例。然而，本申请可以以许多不同的形式来实施，并且不应该被解释为限于在此阐述的示例性实施例。提供这些示例性实施例是为了使本申请透彻和完整，并且将本申请的范围充分地传达给本领域技术人员。类似的附图标记表示相同或类似的组件。

参照图1，本申请提出一种双有源桥变换器100，包括有依次电连接的第一有源桥110、谐振腔120和第二有源桥130。所述双有源桥变换器100还包括控制器140，控制器140电连接于第一有源桥110和第二有源桥130。

双有源桥变换器100还包括变压器190。第一有源桥110侧的第一电源电压经过第一有源桥110的变换后，形成第二电源电压，经过谐振腔120和变压器190传输至第二有源桥130。或者，第二有源桥130侧的第三电源电压经过第二有源桥130的变换后，形成第四电源电压，经过谐振腔120和变压器190传输至第一有源桥110。通过在第一有源桥110和第二有源桥130之间设置谐振腔120，使流过谐振腔120的电流波形趋近正弦波，有利于变压器190的设计和性能提升。谐振腔120可以包括依次串联的电感和电容，谐振腔120中的电容还可以起到隔离直流的作用。

在一实施例中，谐振腔120可以包括电容和电感。第一有源桥110可以包括A相桥臂，A相桥臂包括第一开关管Q1和第二开关管Q2。第一开关管Q1第一端用于接入电源电压，第一开关管Q1的第二端与第二开关管Q2的第一端电连接，构成第一有源桥110的输出端，第二开关管Q2的第二端用于接入电源电压。控制器140通过输出驱动信号（例如PWM信号）控制第一开关管Q1和第二开关管Q2导通/断开，实现电压变换。

进一步地，第一有源桥110还可以包括第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5和第六开关管Q6。第三开关管Q3和第四开关管Q4形成B相桥臂，第五开关管Q5和第六开关管Q6形成C相桥臂。第三开关管Q3和第四开关管Q4的连接方式、第五开关管Q5和第六开关管Q6的连接方式可以参照第一开关管Q1和第二开关管Q2的连接方式。驱动信号可以通过控制上述六个开关管实现功率变换。例如，控制第一开关管Q1导通和第二开关管Q2断开，并按照120°和240°的相位差分别控制第三开关管Q3导通、第四开关管Q4断开，和第五开关管Q5导通和第六开关管Q6断开。第二有源桥130的开关管的数量和电路结构与第一有源桥110的开关管的数量和电路结构相同，在此不再赘述。驱动信号对第二有源桥130的控制原理与第一有源桥110的控制原理相同。例如，第二有源桥130至少包括a相桥臂，a相桥臂的上开关管为第七开关管Q7。控制器140可以输出第一驱动信号控制第一开关管Q1导通，输出第二驱动信号控制第七开关管Q7导通，第一驱动信号和第二驱动信号之间的角度差即为外部移相角。

在一些实施例中，双有源桥变换器100还包括第一电压检测电路150。第一电压检测电路150用于双有源桥变换器100的输入电压（即第一有源桥110的输入电压）和双有源桥变换器100的输出电压（即第二有源桥130的输出电压）。第一电压检测电路150可以选用分压电阻实现。控制器140可以根据双有源桥变换器100的输入电压和输出电压的电压比值和双有源桥变换器100的变压器190匝数比计算得到电压增益。

在一些实施例中，控制器140还用于计算所述第二有源桥130的输入电压，得到所述第二有源桥130的输入电压关于外部移相角的第一公式；所述外部移相角为用于驱动所述第一有源桥110的第一驱动信号和用于驱动所述第二有源桥130的第二驱动信号之间的外部移相角；以及，计算所述第一有源桥110的输出电压，得到第二公式。

在一些实施例中，控制器140还用于基于所述第一公式和所述第二公式，得到谐振腔120的电流有效值关于外部移相角的函数关系式，基于谐振腔120的电流有效值关于外部移相角的函数关系式，确定外部移相角的第一边界范围，并根据外部移相角的第一边界范围输出用于驱动第一有源桥110的第一驱动信号和用于驱动第二有源桥130的第二驱动信号。

在一些实施例中，控制器140还用于获取第二电压检测电路160检测到的第一有源桥110的输入电压和所述第二有源桥130的输出电压，及基于所述第一有源桥110的输入电压和所述第二有源桥130的输出电压，得到电压增益，电压增益为所述第二有源桥130的输出电压相对于所述第一有源桥110的输入电压的放大倍数。控制器140对第二有源桥130的输入电压进行变换，得到第二有源桥130的输入电压关于外部移相角的公式的方式可以是：控制器140对所述第二有源桥130的输入电压进行傅里叶变换，得到所述第二有源桥130的输入电压关于外部移相角和电压增益的第一公式。

在一些实施例中，双有源桥变换器100还包括电流检测电路170。电流检测电路170用于检测双有源桥变换器100的输出电流。电流检测电路170可以选用检测电阻或电流传感器（CT）实现。在一些实施例中，双有源桥变换器100还包括补偿器180。补偿器180用于根据双有源桥变换器100的输出电流生成补偿信号。补偿器180可以选用PI补偿器实现。

具体地，补偿器180获取电流检测电路170检测到的双有源桥变换器100的输出电流，计算所述双有源桥变换器100的输出电流和电流参考值的电流差值，及根据所述电流差值生成补偿信号。控制器140还用于根据所述补偿信号调整所述第一驱动信号和所述第二驱动信号。

参照图2，本申请还提出一种双有源桥变换器100的控制方法，所述方法包括：

S1：计算所述第二有源桥130的输入电压，得到所述第二有源桥130的输入电压关于外部移相角的第一公式；所述外部移相角为用于驱动所述第一有源桥110的第一驱动信号和用于驱动所述第二有源桥130的第二驱动信号之间的角度差。

本实施例中，通过第一电压检测电路150检测第一有源桥110的输出电压和所述第二有源桥130的输入电压。双有源桥变换器100可以应用于单相电源，也可以应用于三相电源。当应用于三相电源时，例如第一有源桥110包括A相桥臂、B相桥臂和C相桥臂，第二有源桥130分别对应A相桥臂、B相桥臂和C相桥臂包括a相桥臂、b相桥臂和c相桥臂。由于三相对称，与三相电源一一对应的三个桥臂的控制原理也相同。本实施例以A相桥臂和a相桥臂为例阐述原理，其余两相桥臂的控制原理可参照A相桥臂和a相桥臂。

本实施例中，控制器140通过对第二有源桥130的输入电压进行变换，得到第二有源桥130的输入电压关于外部移相角的第一公式，以便于根据第一公式计算谐振腔120的电流有效值，并得到电流有效值关于外部移相角的公式。

参照图3，在一实施例中，步骤S1包括：

S11：对所述第二有源桥130的输入电压进行傅里叶变换，得到所述第二有源桥130的输入电压关于外部移相角和电压增益的公式；所述电压增益为所述第二有源桥130的输出电压相对于第一有源桥110的输入电压的放大倍数。

本实施例中，可以使用基波分析法，将位于变压器190副边的a相桥臂的相电压，并经过变压器190匝比的折算和归一化处理，得到第二有源桥130的输入电压关于外部移相角的第一公式：

其中，Van为第二有源桥130的a相输入电压，即a相桥臂的相电压，M为电压增益，ω为第二有源桥130的输入电压的频率，θ为外部移相角，即A相桥臂上管的驱动信号超前a相桥臂上管的驱动信号的角度，t为时间。

S2：计算所述第一有源桥110的输出电压，得到第二公式。

本实施例中，控制器140通过对第一有源桥110的输出电压进行变换，得到第一有源桥110的输出电压关于外部移相角的第一公式，以便于根据第二公式计算谐振腔120的电流有效值的公式。

在一实施例中，步骤S2包括：

S21：对所述第一有源桥110的输出电压进行傅里叶变换，得到述第一有源桥110的输出电压关于死区时间的第二公式；所述死区时间为所述第一有源桥110任一相桥臂的上开关管和下开关管之间的互锁延时时间。

本实施例中，可以使用基波分析法，位于变压器190原边的A相桥臂的相电压，并经过变压器190匝比的折算和归一化处理，得到第一有源桥110的输出电压关于死区时间的第二公式：

其中，VAN为第一有源桥110的A相输出电压，即A相桥臂的相电压，为A相上下开关管实现零电压开通的死区时间，即A相桥臂上管的驱动信号和下管的驱动信号之间的死区时间，t为时间。

S3：基于所述第一公式和所述第二公式，得到所述谐振腔120的电流有效值关于所述外部移相角的函数关系式。

为了提高双有源桥变换器100的效率，应使流过谐振腔120的电流有效值最小，以减小线路上的损耗。本实施例通过第一有源桥110的输出电压和所述第一公式，确定谐振腔120的电流有效值关于所述外部移相角的函数关系式，进而可以根据该函数关系式确定电流有效值最小时的外部移相角。

在一实施例中，步骤S3包括：

S31：基于所述第一公式和第二公式，确定所述谐振腔120的电流有效值关于所述外部移相角、所述电压增益和所述死区时间的函数关系式。

本实施例中，确定所述谐振腔120的电流有效值关于所述外部移相角、所述电压增益和所述死区时间的函数关系式后，即可确定满足电流有效值最小的条件下，外部移相角、所述电压增益和所述死区时间之间的关系，进而可以控制外部移相角、电压增益和死区时间的输出以满足该关系，实现电流有效值最小，以最大程度减小线路上的损耗。

参照图4，在一实施例中，步骤S31进一步包括：

S311：基于所述第一公式和所述第二公式，得到所述谐振腔120的电流关于所述外部移相角、所述电压增益、所述死区时间和负载阻抗的第三公式。

本实施例中，由基尔霍夫电压定律可以得到谐振腔120的电压VLCr为：

进一步由欧姆定律可知，谐振腔120的电流ILCr=VLCr / (R+jX)，其中，R为谐振腔120的电阻（谐振腔120电阻为0），X为谐振腔120的电抗。进而得到谐振腔120的电流关于外部移相角、所述电压增益和所述死区时间的第三公式：

S312：基于所述第三公式，得到所述谐振腔120的电流有效值关于所述外部移相角、所述电压增益、所述死区时间和所述负载阻抗的第四公式。

本实施例中，可以通过计算得到一个周期内的谐振腔120电流ILCr的有效值得到谐振腔120的电流有效值ILCr_rms关于所述外部移相角、所述电压增益、所述死区时间和所述负载阻抗的第四公式：

S313：基于所述第二公式和所述第三公式，得到所述第一有源桥110的输出电流关于所述外部移相角、所述死区时间和所述负载阻抗的第五公式。

本实施例中，第一有源桥110的输出电流可以通过电流检测电路170检测获取。

参照图5，具体地，步骤S313包括：

S3131：对一个周期内所述第一有源桥110的输出电压与所述谐振腔120的电流的乘积进行积分，得到所述第一有源桥110的输出功率关于所述外部移相角、所述电压增益、所述死区时间和所述负载阻抗的第五公式。

本实施例中，第一有源桥110的输出电压（A相桥臂的相电压）也是谐振腔120的输入电压。对一个周期内所述第一有源桥110的输出电压（A相桥臂的相电压）与所述谐振腔120的电流的乘积进行积分，得到谐振腔120的输入功率，即第一有源桥110的输出功率（A相桥臂的输出功率）PoA关于所述外部移相角、所述电压增益、所述死区时间和所述负载阻抗的第六公式：

S3132：基于所述第五公式，得到所述第二有源桥130的输出电流关于所述外部移相角、所述电压增益、所述死区时间和所述负载阻抗的第五公式。

第一有源桥110的输出功率（A相桥臂的输出功率）可以看作第二有源桥130的输出功率（a相桥臂的输出功率）。将第一有源桥110的输入电压归一化为1，则第二有源桥130的输出电压归一化为电压增益M。第二有源桥130的输出电流IoA=PoA/Vo=PoA/M。进而得到第二有源桥130的输出电流IoA关于所述外部移相角、所述电压增益、所述死区时间和所述负载阻抗的第五公式：

S314：将所述第五公式代入所述第四公式，得到所述谐振腔120的电流有效值关于所述外部移相角、所述电压增益和所述死区时间的函数关系式。

本实施例中，将不稳定的电抗X参数用易于直接获取的第二有源桥130的输出电流代替，消去第四公式的电抗X参数，得到所述谐振腔120的电流有效值关于第一有源桥110的输出电流、所述外部移相角、所述电压增益和所述死区时间的函数关系式：

而第一有源桥110的输出电流的值可以通过检测确定，为已知常量。进而可以确定电流有效值关于所述外部移相角、所述电压增益、所述死区时间三个参数的函数关系式，且不会引入新的未知参数，以便于计算电流有效值的最小值。

S4：基于所述谐振腔120的电流有效值关于所述外部移相角的函数关系式，确定所述外部移相角的第一边界范围。

可以理解的是，谐振腔120的电流有效值较小时，双有源桥变换器100的效率较高。根据谐振腔120的电流有效值关于所述外部移相角的函数关系式，可以确定满足谐振腔120电流在较小的数值范围内时外部移相角的第一边界范围，以在第一边界范围内输出外部移相角。

参照图6，在一实施例中，步骤S4可以包括：

S41：计算所述电流有效值关于所述外部移相角的函数关系式的最小值，及基于所述电流有效值关于所述外部移相角的函数关系式的最小值确定所述外部移相角关于所述死区时间和所述电压增益的函数关系式。

谐振腔120的电流有效值最小时，双有源桥变换器100的效率高。因此，本实施例可以通过计算谐振腔120的电流有效值最小值，得到外部移相角关于所述死区时间和所述电压增益的函数关系式，并根据该函数关系式输出外部移相角，以保证双有源桥变换器100的工作效率。

参照图7，在一实施例中，步骤S41可以包括：

S411：计算所述电流有效值关于所述外部移相角的函数关系式的一阶导数，得到所述电压增益处于第一区间时，所述外部移相角关于所述死区时间和所述电压增益的第一函数关系式，以及所述电压增益处于第二区间时，所述外部移相角关于所述死区时间和所述电压增益的第二函数关系式。

对电流有效值关于所述外部移相角的函数关系式进行一阶求导，并令导数为0，即可得到电流有效值达到极小值的条件：

因此，谐振腔120电流有效值的极小值条件如图8所示，在0<M<1和1<M<2的区间内，外部移相角θ与原边死区时间和电压增益M的关系满足上述条件即可实现谐振腔120的电流有效值最小。

S5：根据所述外部移相角的第一边界范围输出所述第一驱动信号和所述第二驱动信号。

按照外部移相角的第一边界范围输出第一驱动信号和第二驱动信号，使得第一驱动信号和第二驱动信号之间的外部移相角满足电流有效值最小条件。例如，按照第一函数关系式和第二函数关系式控制电压增益和死区时间，进而控制外部移相角处于第一边界范围，使电流有效值处于最小值范围，从而提高双有源桥变换器100的工作效率。

参照图9，在一实施例中，所述双有源桥变换器100的控制方法还包括：

S6：获取所述第一有源桥110的输入电压和所述第二有源桥130的输出电压。

其中，第一有源桥110的输入电压和所述第二有源桥130的输出电压可以通过第二电压检测电路160检测获取。

S7：计算所述第一有源桥110的输入电压和所述第二有源桥130的输出电压，得到电压增益。

S8：若所述电压增益处于所述第一区间，根据所述死区时间、所述电压增益和所述第一函数关系式确定所述外部移相角。

若所述电压增益处于所述第一区间，则将电压增益和死区时间代入第一函数关系式确定外部移相角。

S9：若所述电压增益处于所述第二区间，根据所述死区时间、所述电压增益和所述第二函数关系式确定所述外部移相角。

若所述电压增益处于所述第二区间，则将电压增益和死区时间代入第一函数关系式确定外部移相角。

参照图10，在一实施例中，所述双有源桥变换器100的控制方法还包括：

S10：获取所述第一有源桥110第一相桥臂的上开关管的寄生电容的电荷量。

第一开关管Q1的寄生电容的电荷量可以从预设表中获取。预设表包括不同电压下寄生电容的电荷量，根据预设表获取寄生电容在第一有源桥110的输出电压下的电荷量。或者，第一开关管Q1的寄生电容的电荷量可以根据寄生电容的电压-电容曲线图获取。通过计算电压与电容的乘积，并根据第一有源桥110的输出电压对其乘积进行积分，确定寄生电容的电荷量。

S11：获取所述电荷量对应的所述谐振腔120的最小电流值。

电荷量对应的所述谐振腔120的最小电流值为在这段死区时间内能够把寄生电容的电荷放电完毕的最小谐振腔120电流。最小电流值可以从预设表中获取。预设表中还包括不同电荷量对应的最小电流值。

S12：基于所述电荷量和所述最小电流值，得到所述第一有源桥110第一相桥臂的上开关管和下开关管之间的死区时间。

本实施例中，可以按照下列公式计算确定死区时间：

其中，t _off-t _on为死区时间，Q _Cmax为第一开关管Q1寄生电容的电荷量，I _LCrmin为在该段死区时间内能够把寄生电容的电荷量放电完毕的最小谐振腔120电流。

参照图11，在一实施例中，所述双有源桥变换器100的控制方法还包括：

S13：基于所述第三公式，确定所述第一有源桥110第一相桥臂的上开关管导通，且所述谐振腔120的电流大于0时，所述外部移相角关于所述死区时间和所述电压增益的第三函数关系式。

开关管在硬开关模式下工作，由于开/关过程中电压下降/上升和电流上升/下降波形有交叠，会导致开关管损耗大。为了实现ZVS（zero voltage switch）软开关，对于位于变压器190原边的A相桥臂，上方的第一开关管Q1导通时，谐振腔120电流ILCr应为负值，以使第一开关管Q1寄生电容的电荷放电，在第一驱动信号到来之前使体二极管导通，从而实现零电压开通，这段时间为原边的死区时间。类似地，对于副边的a相桥臂，副边a相上管导通时，谐振腔120电流ILCr应为正值，以使a相上管寄生电容的电荷放电，在第二驱动信号到来之前达到零电压，从而实现零电压开通。

例如，第一开关管Q1导通，且所述谐振腔120的电流大于0，即ωt=α_p，且ILCr>0：

其中ILCr_α_p为ωt=α_p时的电流，进而得到外部移相角关于所述死区时间和所述电压增益的第三函数关系式：

S14：基于所述第三公式，确定所述第二有源桥130第一相桥臂的上开关管导通，且所述谐振腔120的电流小于0时，所述外部移相角关于所述死区时间和所述电压增益的第四函数关系式。

例如，第七开关管Q7导通，且所述谐振腔120的电流小于0，即ωt=θ，且ILCr<0：

其中ILCr_θ为ωt=θ时的电流有效值，得到外部移相角关于所述死区时间和所述电压增益的第四函数关系式：

S15：根据所述第三函数关系式和所述第四函数关系式确定所述外部移相角的第二边界范围。

根据第三函数关系式和所述第四函数关系式可得外部移相角θ的边界如图12所示，外部移相角θ在曲面的上方时，可以实现原、副边开关管的ZVS软开关。

参照图13，在一实施例中，所述双有源桥变换器100的控制方法还包括：

S16：根据所述第一边界范围和所述第二边界范围的交集，确定所述外部移相角的第三边界范围。

外部移相角处于第一边界范围和所述第二边界范围的交集时，可以同时满足电流有效值最小和ZVS软开关，进一步提升双电源变换器的工作效率。外部移相角θ与直流电压增益M和原边死区时间αp的关系最终如下式所示：

S17：根据所述外部移相角的第三边界范围输出所述第一驱动信号和所述第二驱动信号。

最终得到外部移相角的边界条件如图14所示，在双电源变换器的输入电压和输出电压变化的过程中，始终控制外部移相角θ在曲面上方的区间内变化，并输出相应的第一驱动信号和第二驱动信号控制第一有源桥110和第二有源桥130工作，可以实现双有源桥变换器100的高效率工作。

参照图15，在一实施例中，根据所述外部移相角输出所述第一驱动信号和所述第二驱动信号后，所述双有源桥变换器100的控制方法还包括：

S18：获取所述双有源桥变换器100的输出电流。

本实施例中，通过电流检测电路170实时检测双有源桥变换器100的输出电流，以根据双有源桥变换器100的输出电流对双有源桥变换器100进行调节，使其保持高效率工作状态。

S19：计算所述双有源桥变换器100的输出电流和电流参考值的电流差值。

本实施例中，通过计算双有源桥变换器100的输出电流和电流参考值的电流差值，确定需要调整的差量，进而根据该差量进行调整。

S20：根据所述电流差值生成补偿信号。

本实施例中，双有源桥变换器100还包括补偿器180。补偿器180用于根据电流差值生成补偿信号。

S21：根据所述补偿信号调整所述第一驱动信号和所述第二驱动信号。

本实施例中，控制器140根据补偿信号调整第一驱动信号和第二驱动信号的频率，进而调整第一有源桥110和第二有源桥130中的开关管的开关频率，从而控制变换器的输出电流和输出功率，实现闭环控制。

上文中，参照附图描述了本申请的具体实施方式。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本申请的精神和范围的情况下，还可以对本申请的具体实施方式作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本申请所限定的范围内。

Claims (13)

1.一种双有源桥变换器的控制方法，所述双有源桥变换器包括依次电连接的第一有源桥、谐振腔和第二有源桥，其特征在于，所述方法包括：

计算所述第二有源桥的输入电压，得到所述第二有源桥的输入电压关于外部移相角的第一公式；所述外部移相角为用于驱动所述第一有源桥的第一驱动信号和用于驱动所述第二有源桥的第二驱动信号之间的角度差；

计算所述第一有源桥的输出电压，得到第二公式；

基于所述第一公式和所述第二公式，得到所述谐振腔的电流有效值关于所述外部移相角的函数关系式；

基于所述谐振腔的电流有效值关于所述外部移相角的函数关系式，确定所述外部移相角的第一边界范围；

根据所述外部移相角的第一边界范围输出所述第一驱动信号和所述第二驱动信号。

2.如权利要求1所述的双有源桥变换器的控制方法，其特征在于，计算所述第二有源桥的输入电压，得到所述第二有源桥的输入电压关于外部移相角的第一公式，包括：

对所述第二有源桥的输入电压进行傅里叶变换，得到所述第二有源桥的输入电压关于外部移相角和电压增益的第一公式；所述电压增益为所述第二有源桥的输出电压相对于所述第一有源桥的输入电压的放大倍数；

计算所述第一有源桥的输出电压，得到第二公式，包括：

对所述第一有源桥的输出电压进行傅里叶变换，得到所述第一有源桥的输出电压关于死区时间的第二公式；所述死区时间为所述第一有源桥任一相桥臂的上开关管和下开关管之间的互锁延时时间；

基于所述第一公式和所述第二公式，得到所述谐振腔的电流有效值关于所述外部移相角的函数关系式，包括：

基于所述第一公式和第二公式，确定所述谐振腔的电流有效值关于所述外部移相角、所述电压增益和所述死区时间的函数关系式。

3.如权利要求2所述的双有源桥变换器的控制方法，其特征在于，基于所述第一公式和第二公式，确定所述谐振腔的电流有效值关于所述外部移相角、所述电压增益和所述死区时间的函数关系式，包括：

基于所述第一公式和所述第二公式，得到所述谐振腔的电流关于所述外部移相角、所述电压增益、所述死区时间和负载阻抗的第三公式；

基于所述第三公式，得到所述谐振腔的电流有效值关于所述外部移相角、所述电压增益、所述死区时间和所述负载阻抗的第四公式；

基于所述第二公式和所述第三公式，得到所述第一有源桥的输出电流关于所述外部移相角、所述死区时间和所述负载阻抗的第五公式；

将所述第五公式代入所述第四公式，得到所述谐振腔的电流有效值关于所述外部移相角、所述电压增益和所述死区时间的函数关系式。

4.如权利要求3所述的双有源桥变换器的控制方法，其特征在于，基于所述第二公式和所述第三公式，得到所述第一有源桥的输出电流关于所述外部移相角、所述死区时间和所述负载阻抗的第五公式，包括：

对一个周期内所述第一有源桥的输出电压与所述谐振腔的电流的乘积进行积分，得到所述第一有源桥的输出功率关于所述外部移相角、所述电压增益、所述死区时间和所述负载阻抗的第六公式；

基于所述第六公式，得到所述第二有源桥的输出电流关于所述外部移相角、所述电压增益、所述死区时间和所述负载阻抗的第五公式。

5.如权利要求2所述的双有源桥变换器的控制方法，其特征在于，基于所述谐振腔的电流有效值关于所述外部移相角的函数关系式，确定所述外部移相角的第一边界范围，包括：

计算所述电流有效值关于所述外部移相角的函数关系式的最小值，及基于所述电流有效值关于所述外部移相角的函数关系式的最小值，确定所述外部移相角关于所述死区时间和所述电压增益的函数关系式。

6.如权利要求5所述的双有源桥变换器的控制方法，其特征在于，计算所述电流有效值关于所述外部移相角的函数关系式的最小值，及基于所述电流有效值关于所述外部移相角的函数关系式的最小值，确定所述外部移相角关于所述死区时间和所述电压增益的函数关系式，包括：

计算所述电流有效值关于所述外部移相角的函数关系式的一阶导数，得到所述电压增益处于第一区间时，所述外部移相角关于所述死区时间和所述电压增益的第一函数关系式，以及所述电压增益处于第二区间时，所述外部移相角关于所述死区时间和所述电压增益的第二函数关系式。

7.如权利要求6所述的双有源桥变换器的控制方法，其特征在于，所述双有源桥变换器的控制方法还包括：

获取所述第一有源桥的输入电压和所述第二有源桥的输出电压；

基于所述第一有源桥的输入电压和所述第二有源桥的输出电压，得到所述电压增益；

若所述电压增益处于所述第一区间，根据所述死区时间、所述电压增益和所述第一函数关系式确定所述外部移相角；

若所述电压增益处于所述第二区间，根据所述死区时间、所述电压增益和所述第二函数关系式确定所述外部移相角。

8.如权利要求2所述的双有源桥变换器的控制方法，其特征在于，所述双有源桥变换器的控制方法还包括：

获取所述第一有源桥第一相桥臂的上开关管的寄生电容的电荷量；

获取所述电荷量对应的所述谐振腔的最小电流值；

基于所述电荷量和所述最小电流值，得到所述第一有源桥第一相桥臂的上开关管和下开关管之间的死区时间。

9.如权利要求3所述的双有源桥变换器的控制方法，其特征在于，所述双有源桥变换器的控制方法还包括：

基于所述第三公式，确定所述第一有源桥第一相桥臂的上开关管导通，且所述谐振腔的电流大于0时，所述外部移相角关于所述死区时间和所述电压增益的第三函数关系式；

基于所述第三公式，确定所述第二有源桥第一相桥臂的上开关管导通，且所述谐振腔的电流小于0时，所述外部移相角关于所述死区时间和所述电压增益的第四函数关系式；

根据所述第三函数关系式和所述第四函数关系式确定所述外部移相角的第二边界范围。

10.如权利要求9所述的双有源桥变换器的控制方法，其特征在于，所述双有源桥变换器的控制方法还包括：

根据所述第一边界范围和所述第二边界范围的交集，确定所述外部移相角的第三边界范围；

根据所述外部移相角的第三边界范围输出所述第一驱动信号和所述第二驱动信号。

11.如权利要求1所述的双有源桥变换器的控制方法，其特征在于，根据所述外部移相角输出所述第一驱动信号和所述第二驱动信号后，所述双有源桥变换器的控制方法还包括：

获取所述双有源桥变换器的输出电流；

计算所述双有源桥变换器的输出电流和电流参考值的电流差值；

根据所述电流差值生成补偿信号；

根据所述补偿信号调整所述第一驱动信号和所述第二驱动信号。

12.一种控制器，其特征在于，所述控制器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器用于执行所述程序时，实现如权利要求1至11中任一项所述的双有源桥变换器的控制方法。

13.一种双有源桥变换器，其特征在于，包括有依次电连接的第一有源桥、谐振腔和第二有源桥，所述双有源桥变换器还包括如权利要求12所述的控制器；

所述控制器用于计算所述第二有源桥的输入电压，得到所述第二有源桥的输入电压关于外部移相角的第一公式；所述外部移相角为用于驱动所述第一有源桥的第一驱动信号和用于驱动所述第二有源桥的第二驱动信号之间的角度差；以及计算所述第一有源桥的输出电压，得到第二公式；

所述控制器还用于基于所述第一公式和所述第二公式，得到所述谐振腔的电流有效值关于所述外部移相角的函数关系式；基于所述谐振腔的电流有效值关于所述外部移相角的函数关系式，确定所述外部移相角的第一边界范围；根据所述外部移相角的第一边界范围输出所述第一驱动信号和所述第二驱动信号。