基于SPS的DAFB變換器漏感分析

雙有源全橋變換器（dual active full bridge，DAFB）適用于大功率雙向變換領(lǐng)域，由于具備軟開(kāi)關(guān)，輸入輸出寬等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用。

話(huà)不多說(shuō)，上干貨。

雙有源全橋變換器最早追溯到上世紀(jì)90年代，我在雙有源橋（DAB）變換器 隨筆中已提到。最初DAFB采用SPS控制，這種控制方法十分簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，但是它也有許多的缺點(diǎn)，主要是輕載和電壓不匹配時(shí)效率低，而且ZVS容易丟失。典型DAFB拓?fù)淙鐖D1所示。

圖1 DAFB拓?fù)?/p>

可以將圖1中的拓?fù)涔β蕚鬏斂梢钥醋鳛?a href="http://www.ttokpm.com/v/tag/4675/" target="_blank">電力系統(tǒng)中兩條母線(xiàn)之間功率流動(dòng)，簡(jiǎn)化電路如圖2所示。

圖2 功率流向示意圖

工作原理不再這里展開(kāi)，許多論文和書(shū)籍中有詳細(xì)分析過(guò)程。

在雙有源橋的功率級(jí)設(shè)計(jì)中，最重要的因素是漏感的選擇、相移角、輸出電容額定值、開(kāi)關(guān)頻率、SiC mosfet的選擇、變壓器和預(yù)期的ZVS運(yùn)行范圍。這些設(shè)計(jì)參數(shù)中有許多是相互關(guān)聯(lián)的，其中任何一個(gè)參數(shù)的選擇都直接影響到其他參數(shù)。例如，漏電感的選擇直接影響到傳輸?shù)淖畲蠊β?，進(jìn)而影響到相移。

漏感參數(shù)設(shè)計(jì)

漏電感的選擇是設(shè)計(jì)中最重要的參數(shù)。與變換器輸出功率密切相關(guān)，表達(dá)式如下

式中可以看出，電感值減小輸出功率增大，給定開(kāi)關(guān)頻率、漏電感、輸入輸出電壓時(shí)，功率變換的最大值出現(xiàn)在?=π/2處。

基于SPS控制DAFB電感電流工作波形如圖3所示。

圖3 電感電流工作波形

根據(jù)波形可以得到I1和I2的電流表達(dá)式如下

根據(jù)電流表達(dá)式可以達(dá)到軟開(kāi)關(guān)的條件如下

第一個(gè)式子是副邊滿(mǎn)足軟開(kāi)關(guān)的條件，第一個(gè)式子是原邊滿(mǎn)足軟開(kāi)關(guān)的條件。

根據(jù)上述分析，就可以得到漏感、電壓傳輸比、移相角與輸出功率的曲線(xiàn)。如圖4所示。

圖4 不同電感值軟開(kāi)關(guān)范圍與電壓傳輸比的關(guān)系