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拓扑与电路
★ 5.0
基于混合调制的带耦合电感半双有源半桥变换器
Hybrid Modulation-Based Semi Dual Active Half Bridge Converter With Coupled Inductor
| 作者 | Liting Li · Mei Su · Guo Xu · Li Jiang · Hui Wang · Yao Sun |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Electronics |
| 出版日期 | 2025年3月 |
| 技术分类 | 拓扑与电路 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 半双有源半桥变换器 耦合电感 混合调制策略 零电压开关 零电流开关 |
语言:
中文摘要
针对单向低功率应用,提出了一种带有耦合电感的半双有源半桥(DAHB)变换器。与传统的 DAHB 变换器相比,该拓扑结构由三个有源开关和一个二极管组成,减少了所需有源开关的数量。此外,集成了一个耦合电感,以同时实现隔离和能量传输,从而无需单独的输入电感、漏电感以及变压器。为优化性能,还提出了一种混合调制策略,该策略采用无缝控制律,结合了脉冲宽度调制(PWM)和脉冲宽度调制加相移(PPS)两种模式。PWM 模式可使变换器具有较低的电流应力,而 PPS 模式则增强了功率传输能力。所提出的控制律确保了两种模式之间的无缝切换,并对控制变量进行解耦以简化实现过程。此外,该变换器能够在全负载范围和宽电压范围内实现有源开关的零电压开通以及二极管的零电流关断。最后,实验样机验证了所提出的拓扑结构和控制策略的有效性。
English Abstract
A semi dual active half bridge (DAHB) converter with coupled inductor is proposed for unidirectional low-power applications. This topology comprises three active switches and a diode, reducing the number of required active switches compared with the conventional DAHB converters. Additionally, a coupled inductor is integrated to provide both isolation and energy transfer, eliminating the need for separate input and leakage inductors as well as the transformer. To optimize performance, a hybrid modulation strategy employing a seamless control law by combining pulse width modulation (PWM) and PWM plus phase shift (PPS) modes is also proposed. PWM mode allows the converter to have low current stress, while PPS mode enhances power transfer capability. The proposed control law ensures a seamless transition between the two modes and decouples control variables to simplify implementation. Furthermore, the converter is capable of achieving zero voltage switching on for active switches and zero current switching off for the diode across the full load range and a wide voltage range. Finally, the experimental prototype confirms the validity and effectiveness of the proposed topology and control strategy.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项半双主动半桥(Semi-DAHB)耦合电感变换器技术在分布式光伏和储能系统的DC-DC变换环节具有显著应用价值。
**技术创新与成本优势**:该拓扑通过三个主动开关加一个二极管的简化结构,相比传统DAHB减少了一个功率开关器件,这直接降低了物料成本和驱动电路复杂度。更重要的是,耦合电感同时实现隔离和能量传输功能,省去了独立的输入电感、漏感和变压器,这种高度集成化设计符合阳光电源在组串式逆变器和模块化储能系统中追求的高功率密度目标。
**控制策略的工程价值**:提出的PWM与PPS混合调制策略具有实际工程意义。PWM模式下的低电流应力特性可延长IGBT/MOSFET器件寿命,而PPS模式的功率传输能力增强则满足峰值负载需求。无缝切换控制律和解耦变量设计降低了DSP控制器的运算负担,这对阳光电源大规模量产时的软件标准化和可靠性保障至关重要。全负载范围的ZVS/ZCS软开关特性可显著降低开关损耗,提升系统效率,这在户用储能和工商业储能产品中可直接转化为竞争优势。
**应用场景与挑战**:该技术适用于单向低功率场景,可优先考虑应用于光伏优化器、小型储能DC-DC变换器或电动汽车车载充电模块。但需要注意的是,单向传输限制了其在双向储能系统中的应用,耦合电感的设计优化和温升控制也需要深入的磁性元件工程化验证。建议阳光电源研发团队关注该技术在特定功率等级(如500W-3kW)产品线的适配性评估。