双主动桥隔离双向DC-DC变换器（二）基本特性

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/

II 基本特性

A 基本原理

文献[40]和[41]对DAB-IBDC在稳态下的运行、设计和控制进行综合分析，文献[42]提出了一种利用自然开关面的DAB-IBDC边界控制方案。文献[43]讨论了具有相移控制的短时间尺度瞬态过程，并提出了一套提高系统鲁棒性的策略。

如图 3所示，与传统交流电源系统的功率传输控制类似，通过调整全桥H1和H2的交流输出方波电压VH1和VH2之间的相移可以改变电感电流iL的方向和大小，进而控制DAB-IBDC的潮流方向和大小。不同的是，在传统的交流电源系统中，电感两侧的电压是线频正弦波，在DAB-IBDC中是高频方波。传统交流电源系统和DAB-IBDC传输功率模型可导出为

其中Vrms1和Vrms2是正弦波的均方根（RMS），是交流电压之间的相移。事实上，由于高频功率传输，功率密度和模块化显著提高。因此，DAB-IBDC被认为是HFL-PCS的核心电路，吸引了大量的注意。除了这些基本特征外，DAB-IBDC的研究还侧重于传输功率特性、死区效应和动态模型。

B 传输功率特性

用单相移位（SPS）控制的DAB-IBDC的基本传输功率特性如图4（a）所示，其中是相移比[40]。从图中4（a）可得出结论：传输功率关系曲线围绕中轴D=0.5对称，在D=0和D=0.5分别达到传输功率的零点和最大点，当时，传输功率随D的增加而增大，当时，传输功率随D的增加而减小。这些结论通常被用来为功率预测和设计提供参考。

在此基础上，在文献[44]-[46]中讨论了扩展相移（EPS）和双相移（DPS）控制的传输功率特性。在文献[26]中，还得出了DPS控制不能增加最大传输功率容量的结论，从而修正了文献[46]中得出的最大输出功率为SPS控制4/3倍。由于增加了内相移比D1传输功率的调节范围从图中的单个曲线变化到图4（b）和（c）中的二维区域。EPS和DPS控制，具有相同的外相移比（D2=D），提供了广泛的功率传输范围，增强了调节的灵活性。此外，当D2=D<0.5时，与SPS和DPS控制相比，EPS控制可以通过调整D1来增加传输功率容量。

SPS、EPS和DPS控制的时序图 5如所示，将在第四节中进一步讨论。

图 4 DAB-IBDC的功率传输特性（a）单重移相控制（b）扩展移相控制（c）双重移相控制

C 死区效应

在上一节中，功率传输特性未考虑死区的影响。但实际上，必须设置死区，以防止两个开关短路在同一桥臂上，这种影响将会导致开关特性的变化。

文献[47]、[48]对DAB-IBDC的死区效应进行了全面的理论分析和实验验证。此外，文献[49]、[50]还讨论了扩展软开关范围和提高IBDC效率的死区控制方法。电压极性反转与电压下降现象由死带效应引起的如图 6所示。在此基础上，可以对传输功率特性进行校正，如图 7所示，其中M是半开关周期内的死区比。在传输功率特性中，由于死区的加入，出现了相位漂移现象；也就是说，在一定范围内，随着D的增加，传输功率保持不变，当相移时间大于死时间时，传输功率开始近似变化。

D 动态模型

控制器的设计需要一个小信号平均模型。在[41]、[51]-[56]中研究了DAB-IBDC的动态模型分析。图8显示了[41]中提出的平均模型和小信号模型的等效电路。文献[51]-[53]讨论了忽略变压器电流动态的简化降阶模型。考虑到漏感电流和谐振转换间隔，文献[54]对零电压开关（ZVS）相移DAB-IBDC进行了全阶小信号建模和动态分析，提出了一种开发离散时间平均模型的通用建模方法。在文献[55]中导出了一种精确的小信号模型，包括用于DAB-IBDC数字控制的电磁干扰（EMI）滤波器。文献[56]以变压器电流和电容电压的直流项和一阶项作为状态变量，研究了全阶连续时间平均建模和动态分析,这导致模型成为三阶模型如果不考虑电容器等效串联电阻（ESR），如果考虑ESR，则模型是六阶模型。

通常，全阶离散时间模型可以在低频下获得比降阶模型更高的精度。然而，连续时间模型通常是首选的，因为它提供了更多的物理洞察力，并促进了控制设计[56]。

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