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基于峰值电流最小化的双有源桥DC-DC变换器最优非线性控制
Peak Current Minimization-Based Optimal Nonlinear Control of a Dual Active Bridge DC-DC Converter
| 作者 | Ezekiel O. Arogunjo · Joseph Olorunfemi Ojo |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industry Applications |
| 出版日期 | 2025年3月 |
| 技术分类 | 控制与算法 |
| 技术标签 | DC-DC变换器 DAB |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 双有源桥DC - DC变换器 零动态分析 输出电压控制 电感峰值电流最小化 零电压开关分析 |
语言:
中文摘要
本文对双有源桥直流 - 直流变换器(DAB)进行动态分析,并结合基于最小化峰值电流的控制方法。首先,利用基波近似(FHA)模型对 DAB 系统进行零动态和稳定性分析,讨论了这些分析对闭环控制器设计的影响。基于零动态分析结果,采用输入 - 输出反馈线性化方法设计变换器的输出电压控制器。此外,利用拉格朗日条件和卡罗需 - 库恩 - 塔克(KKT)条件开发了一种最优控制算法,以最小化 DAB 的电感峰值电流。基于优化分析结果对变换器进行零电压开关(ZVS)分析,以确定变换器的 ZVS 区域。最后,搭建了一台 1 kW 的 DAB 样机,通过实验验证了优化和控制算法的有效性。
English Abstract
This paper presents the dynamic analysis coupled with the peak-current-minimization-based control of the Dual Active Bridge DC-DC converters (DAB). First, using the first harmonic approximation (FHA) model, the DAB system's zero dynamics, and stability analyses are conducted. The effect of these analyses on the closed-loop controller design is discussed. Based on the results from the zero-dynamic analysis, the input-output feedback linearization approach is employed to design the converter's output voltage controller. Furthermore, an optimal control algorithm is developed using the Lagrange and Karush-Kuhn-Tucker (KKT) conditions to minimize the DAB's inductor peak current. The zero voltage switching (ZVS) analysis of the converter is conducted to determine the ZVS region of the converter based on the results obtained from the optimization analysis. Finally, a 1 kW DAB prototype is built to verify the optimization and control algorithms experimentally.
S
SunView 深度解读
该峰值电流最小化控制技术对阳光电源DC-DC变换器产品具有重要应用价值。在ST系列储能变流器的DC-DC级联拓扑中,DAB变换器承担电池侧与直流母线的隔离与电压变换,该优化控制可显著降低IGBT/SiC模块的电流应力与导通损耗,提升功率密度与系统效率。在车载OBC充电机中,全工作范围软开关特性可减少EMI滤波器体积,满足车规级高功率密度要求。该非线性控制策略可集成至阳光电源现有DSP/FPGA控制平台,通过实时优化移相角实现宽电压范围高效运行,对PowerTitan大型储能系统的多模块并联控制及SiC器件应用优化具有直接借鉴意义,可进一步提升产品竞争力。