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💥第一部分——内容介绍
基于拓展移相EPS策略+电流应力优化+正反向运行的双有源桥DC-DC变换器控制Simulink仿真研究
摘要：本文聚焦于双有源桥（DAB）DC-DC变换器，提出一种结合拓展移相（EPS）策略与电流应力优化策略的控制方法，并利用Simulink进行仿真研究。仿真结果表明，该控制方法可使变换器实现正反向稳定运行，在功率传输过程中有效减小电流应力并实现软开关。在0.2秒时变换器由正向切换至反向运行，输出电压无明显扰动，验证了控制策略的有效性。
关键词：双有源桥DC-DC变换器；拓展移相EPS策略；电流应力优化；正反向运行；Simulink仿真
一、引言
随着电力电子技术在新能源、储能系统等领域的广泛应用，对DC-DC变换器的性能要求日益提高。双有源桥（DAB）DC-DC变换器因其具有电气隔离、功率双向传输、易于实现软开关等优点，成为研究的热点。传统的单移相（SPS）控制策略在功率传输过程中存在电流应力较大、软开关范围受限等问题，限制了变换器性能的进一步提升。拓展移相（EPS）策略通过增加控制自由度，为优化变换器性能提供了可能。同时，结合电流应力优化策略，可有效降低开关器件的电流应力，提高变换器的效率和可靠性。本文旨在研究基于EPS策略与电流应力优化策略的DAB变换器控制方法，并通过Simulink仿真验证其正反向运行性能。
二、DAB变换器基本原理与控制策略
2.1 DAB变换器基本原理
DAB变换器主要由原边全桥H1、副边全桥H2、高频变压器以及电感组成。原边和副边全桥均由四个开关管构成，通过控制开关管的通断，使原边和副边全桥输出占空比为50%的方波电压。通过调整这两个方波电压之间的相位差，即移相角，实现功率的双向传输。高频变压器不仅实现了电气隔离，还能进行电压变换。
2.2 EPS拓展移相策略
传统的SPS控制策略仅通过调整原边和副边全桥之间的移相角来控制功率传输，控制自由度有限。EPS策略在SPS的基础上，在原边或副边全桥内部引入一个额外的移相角，增加了控制自由度。以在原边全桥内部引入移相角为例，设原边全桥与副边全桥之间的移相角为外移相角，原边全桥内部两个桥臂之间的移相角为内移相角。通过同时调整外移相角和内移相角，可以更灵活地控制功率传输，改善变换器的性能。
2.3 电流应力优化策略
在DAB变换器中，开关器件的电流应力直接影响变换器的效率和可靠性。电流应力优化策略旨在通过合理调整移相角，使开关器件的电流峰值最小化。通过对传输功率和电流应力的数学模型进行分析，推导出电流应力与移相角之间的关系式，进而求解出使电流应力最小的移相角组合。
2.4 PI控制器设计
PI控制器是一种常用的控制算法，具有结构简单、易于实现等优点。在DAB变换器控制中，采用PI控制器对输出电压进行闭环控制。通过检测输出电压，并与设定值进行比较，得到电压误差信号。将电压误差信号输入PI控制器，经过比例和积分运算后，输出控制信号，用于调整移相角，从而实现对输出电压的稳定控制。
三、Simulink仿真模型搭建
3.1 主电路模型
在Simulink中搭建DAB变换器的主电路模型，包括原边全桥、副边全桥、高频变压器、电感以及输入输出电容等元件。设置输入电压、输出电压、功率等参数，根据仿真要求，正向运行时输入300V，输出150V，功率3750W；反向运行时输入150V，输出300V，功率3750W。同时，合理选择开关管、电感、电容等元件的参数，以满足变换器的性能要求。
3.2 控制电路模型
控制电路模型主要包括EPS策略实现模块、电流应力优化模块和PI控制器模块。EPS策略实现模块根据设定的控制算法，生成原边和副边全桥的驱动信号，实现外移相角和内移相角的调整。电流应力优化模块根据传输功率和电流应力的关系，计算出使电流应力最小的移相角组合，并将其反馈给EPS策略实现模块。PI控制器模块根据输出电压的反馈信号，生成控制信号，用于调整移相角，以实现对输出电压的稳定控制。
3.3 软开关实现
为了实现开关管的软开关，需要在开关管两端并联电容，并合理设置死区时间。在仿真模型中，通过设置开关管的驱动信号，使开关管在电压为零时导通，从而降低开关损耗，提高变换器的效率。
四、仿真结果与分析
4.1 正反向运行仿真结果
在正向运行模式下，输入电压为300V，输出电压稳定在150V，功率为3750W。通过观察开关管的电压和电流波形，可以发现开关管实现了软开关，电流应力较小。在反向运行模式下，输入电压为150V，输出电压稳定在300V，功率同样为3750W。反向运行时，开关管也能实现软开关，且电流应力得到有效控制。
4.2 正反向运行切换仿真结果
在0.2秒时，将变换器由正向运行状态切换为反向运行状态。观察输出电压波形可以发现，输出电压在切换过程中没有出现大的扰动，能够快速稳定在设定值。这表明所采用的控制策略具有良好的动态响应性能，能够保证变换器在正反向运行切换时的稳定运行。
4.3 电流应力优化效果分析
通过对比采用电流应力优化策略前后的开关管电流波形，可以明显看出，采用电流应力优化策略后，开关管的电流峰值显著降低。这有效地减小了开关器件的电流应力，降低了开关损耗，提高了变换器的效率和可靠性。
五、结论
本文提出了一种基于拓展移相EPS策略与电流应力优化策略的DAB变换器控制方法，并通过Simulink仿真进行了验证。仿真结果表明，该控制方法可使DAB变换器实现正反向稳定运行，在功率传输过程中有效减小电流应力并实现软开关。在正反向运行切换时，变换器能够保持很好的输出，输出电压没有大的扰动，控制效果良好。本研究为DAB变换器的实际应用提供了理论依据和技术支持，具有一定的工程应用价值。
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