双主动桥隔离双向DC-DC变换器（三）控制策略

为了帮助自己和大家对双主动桥隔离双向DC-DC变换器有一个初步了解，将翻译一篇发表于IEEE on Power Electronics的高引用综述。无其他用途，仅学习交流用。

首先感谢原文作者给予的宝贵的学习机会。

原文名称：Overview of Dual-Active-Bridge Isolated Bidirectional DC–DC Converter for High-Frequency-Link Power-Conversion System https://ieeexplore.ieee.org/document/6658916

III 控制策略

控制策略是DAB-IBDC的重要研究方向之一。在这一部分中，我们介绍和分析了控制方法的一个代表性部分，这些方法是DAB-IBDC研究最广泛的方法。事实上，对于改进的拓扑和变体，控制方法可能不同，但所有这些方法都可以从以下方法中得到。

A SPS Contol

应用最广泛的DAB-IBDC控制方法是SPS控制[30]-[34]、[40]、[43]、[57]，如图 5（a）所示。在图 5中S1-S4和Q1-Q4是具有50%占空比的方波门信号。VH1和VH2分别是全桥H1和H2的等效交流输出电压而IL是电感L的电流。

在SPS控制中，两个全桥中的交叉连接开关对依次切换，以产生具有50%占空比的移相方波到变压器的一次侧和二次侧。只能控制相移比（或角度）D。通过调整VH1和VH2之间的相移比，变压器漏感的电压将发生变化。然后，可以简单地控制潮流方向和大小。

SPS控制由于其惯性小、动态性高、易于实现软开关控制等优点而受到越来越多的关注。然而，在这种方法中，功率流的控制取决于变压器的漏电感，从而产生很大的循环功率。当变压器两侧电压幅值不匹配时，均方根电流和峰值电流都会增加。此外，在这种情况下，变换器不能在ZVS下在整个功率范围内工作。因此，功率损耗变得更高，其效率大大降低。

B EPS Control

EPS控制是一种典型的SPS控制改进方法，如图 5(b)所示。在EPS控制中，一个全桥中的交叉连接开关对依次切换，而另一个桥中的开关对以内部相移比切换。然后，一个桥的输出交流电压成为三电平波，而另一个桥的输出交流电压为两电平50%方波。在三电平波零电压的时间间隔内，回流功率为0，因此对于给定的传输功率，循环功率减小。

在[44]、[58]-[61]中讨论了EPS控制的工作原理和传输功率、电流应力、功率损耗和软开关的性能。与SPS控制相比，EPS控制不仅提高了效率，扩大了ZVS的操作范围，而且降低了电流应力，提高了调节的灵活性。

事实上，与SPS控制中的单相移比D相比，EPS控制中不仅有外部相移比D1，还有内部相移比D2。采用外相移比来控制潮流方向和幅度，而内相移比用于降低循环功率和扩大ZVS范围。但对于EPS控制，当升压和降压状态之间的电压转换状态发生变化，正反向潮流之间的潮流方向发生变化时，为了实现循环功率的降低，需要交换这两个全桥的工作状态。

C DPS Control

与EPS控制相似，如图 5（c）所示，在[27]中提出了DPS控制，与EPS控制不同的是，在DPS控制中，两个全桥的交叉连接开关对以内相移比切换，内部相移比相同。然后，两桥的输出交流电压为三电平波。

在[45]、[46]、[53]、[62]-[64]中讨论了DPS控制的工作原理、传输功率、电流应力、功率损耗和软开关以及优化设计方法。与SPS控制相比，DPS控制可以降低电流应力和稳态电流，提高效率，扩大ZVS工作范围，使输出电容最小化。在一定的工作条件下，在没有电流传感器的DPS控制下，死区补偿也可以很容易地实现。与EPS控制相比，当电压转换状态或潮流方向发生变化时，两桥的工作状态将是相同的。因此，DPS控制更容易实现，它的动态性能可能更好。

D 三重移相控制

如图 5（d）所示，TPS控制是在[55]、[65]-[70]中提出的。与DPS控制类似，两个全桥中的交叉连接开关对以内部相移比切换。然而，内部相移比可能是不相等的，TPS控制可以控制三个自由度。

因此，TPS控制的研究主要集中在优化操作领域。文献[55]研究了具有TPS控制的DAB-IBDC数字控制的小信号模型。在文献[65]中提出了一种具有TPS控制的DAB-IBDC的最佳调制方案，使其导通和铜损耗最小。在此基础上，在文献[66]中为现有的DAB-IBDC原型开发了一种效率优化的调制方案和相应的设计方法。设计了一种混合调制方案和反馈线性化控制，以扩大超级电容应用的功率范围[67]。在文献[68]中分析了TPS控制逆模操作的最优调制策略。文献[69]讨论了一种稳定性分析方法，使TPS控制下DAB-IBDC的稳定性测定更加系统和精确。此外，文献[70]还提出了一种脉冲宽度调制（PWM）控制的综合分析和实验验证方法。并探索了一种将软开关范围缩小到零负载条件下的TPS控制复合方案，降低了均方根电流和峰值电流，并使变压器的尺寸显著减小。

实际上，TPS控制是在SPS、EPS和DPS控制之后提出的；它是一种统一的相移控制形式，也可以将SPS、EPS和DPS控制视为TPS控制的特殊情况。从实施角度看，SPS控制只需要一个控制自由度；EPS和DPS控制需要两个控制自由度，TPS控制需要三个控制自由度。因此，TPS控制是最难实现的，目前也没有统一的实现标准。

对于EPS控制，当改变电压转换状态或潮流方向时，应改变两桥的工作状态。对于SPS控制，效率，ZVS范围等等有缺陷。因此，从实现难度和性能上看，DPS控制可能是大规模实际应用的相对最优方法。

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