双有源桥式DC-DC变换器移相控制的开关策略优化

双有源桥式DC-DC变换器移相控制的开关策略优化摘要：本文针对双有源桥式DC-DC变换器的移相控制问题，提出一种优化的开关策略。利用MATLAB/Simulink软件进行仿真分析，对比了传统的开关策略和本文提出的优化策略的电流波形、电压波形及效率方面的差异。仿真结果表明，优化的开关策略不仅可以有效减小开关管、二极管反向恢复时的电压波动，还能减小开关闭合过程中的过电压，并改善输出电压信号质量。此外，优化策略在整个负载范围内都具有更高的转换效率。因此，本文提出的优化开关策略对于双有源桥式DC-DC变换器的设计和应用具有一定的指导意义。

关键词：双有源桥式DC-DC变换器；移相控制；开关策略；效率

1.引言

近年来，随着电子技术的不断发展和应用的扩大，DC-DC转换器在各种电子设备和电力系统中得到广泛应用[1][2]。双有源桥式DC-DC变换器作为一种高效、可靠、适应性强的DC-DC变换器，得到了越来越多的关注和研究[3][4]。然而，在实际应用中，双有源桥式DC-DC变换器存在开关损失大、电磁干扰大、输出电压纹波大等问题，这些问题不仅会影响到转换器的稳定性，还会对系统的性能产生负面影响[5][6]。因此，针对这些问题，需要对双有源桥式DC-DC变换器进行优化设计和控制。

2.双有源桥式DC-DC变换器移相控制及开关策略

双有源桥式DC-DC变换器是一种基于全桥拓扑的DC-DC变换器[7][8]，其基本原理如图1所示。该变换器由四个开关管和两个有源电感构成，其中，开关管可以分别控制上、下半桥的电流流向。通过控制开关管的导通和截止，可以实现输出电压的变换。

在双有源桥式DC-DC变换器中，移相控制技术被广泛应用[9][10]。移相控制可以通过调节上、下半桥的输入电压相位差来实现输出电压的控制，具有实现快速动态响应、减小开关损失等优点。

传统的双有源桥式DC-DC变换器开关策略采用对称的SVPWM方法，即分别控制上、下半桥的两个开关管导通和截止的方式来实现电压控制[11][12]。然而，该方法存在过电压现象，会影响系统的稳定性和效率。为了解决这一问题，本文提出了一种优化的开关策略。该方法采用非对称的SVPWM方法，通过调整不同的导通时间和重合时间，改善系统的稳定性。

3.MATLAB/Simulink仿真及分析

为了验证本文提出的优化开关策略的效果，采用MATLAB/Simulink软件进行了仿真分析。仿真采用了以下参数：输入电压为200V；输出电压为100V；开关频率为10kHz；电感值为50μH；电容值为1000μF。

对比传统开关策略和优化开关策略的电流波形、电压波形及效率，其仿真结果如图2-4所示。

从仿真结果可以看出，优化的开关策略能够有效减小开关管、二极管反向恢复时的电压波动，同时减小开关闭合过程中的过电压，从而改善输出电压信号质量。此外，优化策略在整个负载范围内都具有更高的转换效率。

4.结论

本文针对双有源桥式DC-DC变换器的移相控制问题，提出了一种优化的开关策略。通过MATLAB/Simulink仿真分析，对比了传统的开关策略和本文提出的优化策略的电流波形、电压波形及效率方面的差异。仿真结果表明，本文提出的优化开关策略能够有效减小开关管、二极管反向恢复时的电压波动，减小开关闭合过程中的过电压，并改善输出电压信号质量。此外，优化策略在整个负载范围内都具有更高的转换效率。因此，本文提出的优化开关策略对于双有源桥式DC-DC变换器的设计和应用具有一定的指导意义。

参考文献：

[1]王海路,钱建平.DC-DC变换器的研究进展[J].电子技术应用,2016,42(5):23-25.

[2]王晓晓,朱文成.DC-DC变换器在太阳能光伏系统中的应用[J].中国科技信息,2016,21(22):38-39.

[3]李莉莉,宋龙,王娇.双有源全桥逆变器输出电流控制研究[J].电力系统及其自动化学报,2017,29(12):73-80.

[4]郭华芳,韩卫东.基于双有源桥式DC-DC变换器的多输出DC-DC变换器[J].电力电子技术,2016,50(1):31-36.

[5]施超,陈颖,丁宁.基于双有源桥式DC-DC变换器的分布式光伏发电系统[J].电力自动化设备,2016,36(5):136-140.

[6]赖梦圆,李海香.基于DSP的双有源桥式DC-DC变换器控制策略研究[J].浙江大学学报(工学版),2016,50(3):538-544.

[7]石加亮,杨鑫,林琦.双有源全桥直流电驱动输电线路模型及控制[J].电力系统保护与控制,2017,45(2):34-38.

[8]钟贵生,李广泉,邢国锋.基于双有源桥式直流-直流变换器的电动汽车应急充电系统[J].电工技术学报,2019,34(4):701-710.

[9]欧阳建成,喻道辉,李菁昊.一种双有源桥式逆变器的直流环节控制策略[J].电力系统及其自动化学报,2016,28(5):23-28.

[10]谌礼岭,郭海春,郭健.基于双有源桥式变换器的芦苇种植系统[J].环境科学与技术,2018,41(9):83-87.

[11]宋永坤,杨磊,刘鑫.基于有源电感的双有源桥式DC-DC变换器控制策略[J].电力系统保护与控制,2017,45(21):81-87.

[12]刘涛,林钦品,王宗成.双有源桥式DC-DC变换器SVPWM控制策略[J].飞机设计,2018,38(2):23-28.双有源桥式直流-直流变换器在近年来得到了越来越广泛的应用。与传统的单向电力转换器不同，双有源桥式直流-直流变换器内置了两个独立的电源，可以同时实现能量的输入和输出。因此，该种变换器在新能源领域、电动汽车领域、工业自动化领域等多个领域中均有应用。

为了更好地实现对双有源桥式直流-直流变换器的控制，相关领域的学者们进行了大量的研究。例如，石加亮等人提出了一种双有源桥式全桥直流电驱动输电线路模型及控制方法，该方法可有效解决电力系统输电线路中的电能损耗问题。钟贵生等人则研究了基于双有源桥式直流-直流变换器的电动汽车应急充电系统，提出了一种有效的电路拓扑结构，并设计了相应的控制策略。

除此之外，还有欧阳建成等人研究了一种双有源桥式逆变器的直流环节控制策略，谌礼岭等人研究了基于双有源桥式变换器的芦苇种植系统，宋永坤等人则提出了基于有源电感的双有源桥式DC-DC变换器控制策略。此外，还有许多其他的研究成果，如双有源桥式直流-直流变换器的SVPWM控制策略等。

综上所述，双有源桥式直流-直流变换器是一种具有广泛应用前景的电力转换器。相关学者们的研究工作为该种变换器的应用和推广提供了理论和技术支持，并促进了该领域的快速发展。尽管双有源桥式直流-直流变换器已经有了很多的研究进展，但是该领域仍然存在一些挑战和待解决的问题，这些问题可能涉及到以下几个方面。

第一，稳定性问题。在双有源桥式直流-直流变换器的控制过程中，由于其具有双向输电特性，因此容易引起振荡和不稳定现象。这些现象可能来源于系统的自然特性，也可能来自外部干扰和负载的变化。为了解决这些问题，需要对系统的控制策略进行优化和改进，采用先进的控制算法和技术，提高系统的稳定性和鲁棒性。

第二，高效性问题。在双有源桥式直流-直流变换器的设计和应用中，需要考虑到能量的损失和效率的提高。然而，由于该种变换器具有复杂的电路结构和多个控制参数，因此很难实现高效的能量转换和有效的功率输出。为了解决这些问题，需要在设计方面考虑到电路拓扑的优化和减少功率损失的措施，同时在控制方面采用新的算法和技术，提高系统的能量利用率和效率。

第三，成本问题。双有源桥式直流-直流变换器相对于传统的单向电力转换器来说，具有更高的成本和复杂度。这主要来源于双有源桥式直流-直流变换器多个电源的使用、电路拓扑的复杂性、控制算法的复杂度等方面。为了推广该种变换器的应用和降低成本，需要在设计和制造方面进行改进和优化，同时将先进技术和成本效益结合起来，提高产品的性价比和市场竞争力。

第四，安全问题。双有源桥式直流-直流变换器的应用涉及到电能的输电和转换，因此需要考虑到安全问题。该种变换器可能存在电压、电流、温度等方面的安全隐患，这些隐患可能会导致系统的故障和事故。为了提高系统的安全性和可靠性，需要在设计和控制方面采用合适的措施，防止系统的故障和事故。

总之，在双有源桥式直流-直流变换器的研究和应用中，需要持续进行技术创新和探索，提高系统的性能和可靠性，促进该领域的发展和应用。同时，需要将理论探索和实践应用结合起来，推动技术进步和产业发展，为经济社会的可持续发展做出贡献。双有源桥式直流-直流变换器作为一种新型的电力转换器，具有很大的发展前景和应用空间。为了推广该种变换器的应用和进一步提高其性能和可靠性，需要解决以下几个问题。

首先，电路拓扑的优化。双有源桥式直流-直流变换器的拓扑结构复杂，涉及到多个电源和各种开关电路的组合。在设计和制造方面，需要充分考虑到电路的可靠性、稳定性和效率，采取优化设计和可靠制造的措施，提高系统的性能和可靠性。

其次，功率损失的减少。在双有源桥式直流-直流变换器的工作过程中，存在着功率转换过程，可能会出现较大的功率损失。为了减少功率损失，需要采用合适的电子元件和控制算法，提高系统的功率利用率和效率。

第三，控制算法的改进。双有源桥式直流-直流变换器的控制算法关键影响系统的稳定性和性能。为了提高控制算法的效率和性能，可以采用先进的控制技术，如采用基于模型预测控制和神经网络控制的算法，实现系统的优化和自适应控制。

最后，制造成本的降低。双有源桥式直流-直流变换器相对于传统的单向电力转换器来说，成本比较高。为了降低制造成本，需要采用合适的制造技术和材料，提高工艺效率和制造精度，同时在设计和制造方面充分考虑成本效益，实现产品的性价比提高。

总之，双有源桥式直流-直流变换器作为一种新型的电力转换器，具有广阔的应用前景和巨大的发展潜力。为了实现该种变换器的推广应用和进一步提高其性能和可靠性，需要在电路拓扑优化、功率损失减少、控制算法改进和制造成本降低等方面进行技术探索和创新，积极推动该领域的发展和应用，为经济社会可持续发展做出贡献。此外，为了进一步提高双有源桥式直流-直流变换器的性能和可靠性，还需要注意以下几个方面：

1.电子元件的选型和可靠性评估。双有源桥式直流-直流变换器中的电子元件直接影响系统的性能和可靠性。因此，在设计和制造中需要选择高品质、高可靠性的电子元件，并实施可靠性设计和评估，以确保系统的长期稳定运行。

2.系统的散热和温度控制。由于功率转换过程中会产生大量热量，需要考虑系统的散热和温度控制，防止电子元件的过热和损坏，影响系统的性能和可靠性。为此，可以采用散热器、风扇、温度传感器等设备，定时监测系统温度，及时采取措施，保证系统的正常运行。

3.系统的保护措施。双有源桥式直流-直流变换器中的电子元件容易受到电压、电流等参数的变化而受损，因此，需要采取一系列的保护措施，防止电子元件的过载、过流、过温、短路等情况发生，保障系统的安全和稳定。

4.系统的故障诊断和维护。在系统运行中，难免会出现故障，例如电子元件损坏、连接不良等情况，这时需要进行故障诊断和维护。因此，在设计和制造中需要考虑系统的易维护性和可维修性，采用可更换、易维护的电子元件和接线方式，便于系统的维护和升级。

总之，双有源桥式直流-直流变换器具有广泛的应用前景和巨大的发展潜力，其性能和可靠性的提高是技术发展的重要方向。需要在电路拓扑优化、功率损失减少、控制算法改进和制造成本降低等方面开展研究和探索，同时注意电子元件的选型和可靠性评估、系统的散热和温度控制、系统的保护措施和故障诊断和维护等方面的问题，为推动该领域的发展和应用做出贡献。在双有源桥式直流-直流变换器的设计中，还需要考虑以下几个方面的问题。

1.环境适应性。双有源桥式直流-直流变换器广泛应用于不同的电动力学环境中，如电力电子、电动车辆、太阳能、风能等领域。因此，在设计过程中，需要考虑环境适应性，确保系统在不同的工作环境下都能正常运行，并保持其优良的性能和可靠性。

2.功率密度和效率。双有源桥式直流-直流变换器的功率密度和效率是重要的性能指标，它们直接影响着系统的成本和可持续性。因此，需要在设计和制造过程中考虑如何提高系统的功率密度和效率，减少功率损耗和空间占用，提高系统的能源利用率，降低成本和能源浪费。

3.集成度和模块化设计。双有源桥式直流-直流变换器中包含多个电子元件和控制电路，如果这些元件和电路都能实现集成化或模块化设计，将会大大降低系统的复杂度和制造成本，提高系统的可靠性和性能，同时也方便使用者进行维护和升级。因此，在设计和制造过程中需要考虑如何实现集成化和模块化设计，采用先进的技术和标准的接口，以支持系统的可扩展性和灵活性。

4.安全可靠性。双有源桥式直流-直流变换器在工作过程中需要具备一定的安全性和可靠性，否则会对电动力学系统造成严重影响。因此，在设计和制造过程中需要采用可靠的电子元件和控制电路，确保系统的稳定性和安全性。同时也需要考虑系统的防雷电设计，防止外界电压等干扰对系统造成损伤。

总之，双有源桥式直流-直流变换器在未来的应用中将发挥重要作用，其设计和制造需要综合考虑多个方面的问题，包括电路拓扑优化、功率密度和效率、环境适应性、集成度和模块化设计、安全可靠性等方面。只有通过不断的技术研发和创新，才能实现双有源桥式直流-直流变换器的优化和进步，推动整个行业的发展和应用。5.多种控制策略的应用。双有源桥式直流-直流变换器可以采用多种控制策略，如传统的PID控制、模糊控制、神经网络控制等，通过选择合适的控制策略，可以实现优化的控制效果和更好的系统性能。因此，在设计和制造