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双向全桥串联谐振DC-DC变换器优化控制方法研究

摘要

随着绿色能源技术的发展，双向全桥串联谐振DC-DC变换器（DualBridgeSeries

ResonantDC-DCConverter,DBSRC）在电动汽车充电方面和可再生能源发电系统中扮

演着越来越重要的角色。DBSRC拓扑具有电气隔离、高功率密度和高传输效率等特

点，为了实现更优秀的性能，稳态与动态性能优化已成为当前研究的焦点。

首先，本文介绍了DBSRC拓扑控制方法的国内外研究现状，分析了单移相调制的

工作原理，通过基波近似法建模，得到了变换器的传输功率、谐振电流和软开关范围

等性能表达式。进行了工作效率特性分析，发现在稳态工作时电压增益比偏离1且输出

功率处于轻载条件下，谐振电流峰值变大和软开关范围变窄。

其次，为了提升单移相调制在电压增益比偏离1且输出功率处于轻载时谐振电流峰

值和软开关范围方面的稳态性能，采用三重移相调制策略、单移相结合非对称脉宽调

制策略，这两种调制策略扩大了软开关范围并降低了谐振电流峰值，显著提高了变换

器的转换效率。同时，结合两种调制策略在各自不同功率区间软开关方面的优势，提

出了分段调制策略，进一步提升了变换器的转换效率。搭建仿真模型进行验证，仿真

结果证明了所提出的分段调制策略具有更好的稳态性能。

然后，为了提高系统的动态性能，研究了分段调制策略+输出电压模型预测控制策

略，即混合控制方法。混合控制方法同时拥有分段调制策略的优秀稳态性能和输出电

压模型预测控制策略的优秀动态性能的特点。通过仿真对比分段调制比例-积分（PI）

闭环控制和混合控制的动态性能，仿真结果证明了混合控制方法的动态性能更好。

最后，本文开展了实验工作，搭建了DBSRC实验平台，包括谐振槽参数设计、高

频变压器设计、功率器件选型以及控制电路的软硬件设计，进行了稳态性能实验和动

态性能实验，实验结果验证了理论分析与控制策略的有效性。本研究对于优化和提升

DBSRC拓扑性能具有重要的理论价值和实用意义。

关键词：双向全桥串联谐振DC-DC变换器；分段调制；模型预测；混合控制；软

开关

双向全桥串联谐振DC-DC变换器优化控制方法研究

Abstract

Withthedevelopmentofgreenenergytechnology,theDualBridgeSeriesResonantDC-

DCConverter(DBSRC)isplayinganincreasinglyimportantroleinelectricvehiclecharging

andrenewableenergygenerationsystems.TheDBSRCtopologyfeatureselectricalisolation,

highpowerdensity,andhightransmissionefficiency.Toachievebetterperformance,the

optimizationofsteady-stateanddynamicperformancehasbecomeafocusofcurrentresearch.

First,thispaperreviewsthestateofresearchoncontrolmethodsfortheDBSRCtopology,

bothdomesticallyandinternationally.Itanalyzestheworkingprinciplesofphase-shift

modulation,modelsusingthefundamentalapproximationmethod,andderivesexpressionsfor

theconverter’spowertransfer,resonantcurrent,andsoft-switchingrangeamongother

performance