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量子功率脉冲组合调制实现宽电压增益DAB变换器全负载范围ZVS
Quantum Power Pulse Combination Modulation to Achieve Full Load Range ZVS of DAB Converters in Wide Voltage Gain
| 作者 | |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | DAB |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 零电压开关 双有源桥变换器 量子功率脉冲组合调制 轻载宽电压增益 效率提升 |
语言:
中文摘要
零电压开关(ZVS)对于降低双有源桥(DAB)变换器的开关损耗至关重要。传统的 DAB 移相控制受开关结电容的影响,存在固有的非 ZVS 区域。本文提出一种量子功率脉冲组合调制方法来填补非 ZVS 间隙,该方法通过一系列具有整数周期的功率或无功率脉冲来调节功率。在无功率期间,一个桥臂产生零电平电压,因此通过调节另一个桥臂的占空比,电感电流可以表现为可控的励磁电流,从而实现两个相邻周期之间的无缝过渡。所提出的方法使 DAB 工作在断续连续电流模式下,并在轻载和宽电压增益区域(尤其是接近单位增益时)实现 ZVS。当负载功率增加到一定程度时,无功率脉冲自然消失,该方法恢复为传统控制。实验结果证实,DAB 的效率得到显著提高,且电感电流无直流偏置。
English Abstract
Zero voltage switching (ZVS) is of great importance for reducing the switching loss in the dual active bridge (DAB) converter. Traditional phase-shift control for DAB is affected by the junction capacitance of switches, leading to an inherent non-ZVS region. This letter proposes a quantum power pulse combination modulation to fill the non-ZVS gap, which regulates power through a sequence of power or nonpower pulses with integer periods. During nonpower periods, one bridge generates a zero level voltage, thus the inductor current can behave as a controllable magnetizing current by adjusting the duty cycle of the other bridge, allowing seamless transitions between the two adjacent periods. The proposed method makes DAB operate at intermittent continuous-current mode, and realize ZVS in the region of light load and wide voltage gain, especially near unity gain. As the load increases beyond a certain power, the nonpower pulses disappear naturally, and the method reverts to traditional control. Experiment results confirm that the efficiency of the DAB is significantly improved, and no dc offset occurs in the inductor current.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项量子功率脉冲组合调制技术对我们的储能变流器和光伏逆变器产品线具有重要的应用价值。双有源桥(DAB)变换器是我们储能系统中DC-DC变换的核心拓扑,该技术针对传统移相控制在轻载和宽电压增益范围内难以实现全范围零电压开关(ZVS)的痛点,提出了创新性解决方案。
该技术的核心价值在于通过功率脉冲与非功率脉冲的智能组合,将电感电流转化为可控励磁电流,有效填补了传统方法的非ZVS区域。这对我们的储能系统意义重大:一是在电池充放电的宽功率范围内,特别是在待机和轻载工况下,能显著降低开关损耗,提升系统效率;二是在电压增益接近1的工况(如电池电压与直流母线电压接近时),传统控制最薄弱的区域恰好得到优化;三是该方法能自然过渡到传统控制,无需复杂的模式切换逻辑。
从技术成熟度评估,该方案已有实验验证,且不引入直流偏置问题,表明基础可行性较好。但工程化应用仍需关注几个挑战:间歇连续电流模式对磁性元件设计的影响、脉冲组合算法的实时计算复杂度、以及在大功率储能系统中的EMI特性变化。
对阳光电源而言,这项技术可作为下一代储能PCS和光储一体机的差异化竞争点,特别是在追求全工况高效率的户用储能和工商业储能市场。建议技术中心进行深入的仿真评估和小功率样机验证,重点关注与我们现有SiC/GaN功率器件平台的兼容性,以及在实际电网和电池工况下的长期可靠性表现。