在去年 12 月我根据参考文献 1 中的思路,实现了单相 DAB SRC 的 ZVZCS 控制,其实现方法简而言之就是利用副边全桥移相来让变压器在原边 PWM 都关闭后的零电压状态降低环流,详情可见:《一种基于 DAB SRC 的 ZVZCS 控制实现与仿真》。

 

但是若要扩大功率等级,大家可能会首先想到使用三相交错来做,毕竟三相 LLC 的应用已经很成熟。所以参考文献 1 中也是这种思路,但是不同之处是他们把原边设计为三个独立的电压源,然后设计三个半桥互为 120°交错,设置副边整流器也为三个半桥互为 120°交错,再把工作点固定在占空比 0.6667,也就是 2/3 的开关周期上。这样让原边的谐振电流在 0.667 的占空比附近到零,实现 ZVZCS。

 

可见下图是系统的功率框架:

 

 

参考文献 1 中使用这个 3PHASE DAB SRC 是用来做 SST 系统的隔离 DC/DC 中间级,更上层的系统框架可见:

 

 

 

毕竟只需要让 DAB SRC 以最高效率实现隔离 DC/DC 的工作,所以论文的作者可以让这一级的工作点固定,来实现最佳的效率。回顾这种 ZVZCS 的控制实现,在 ETH 的相关文献中也被称为 DCM SRC。在参考文献 2 中,我看到了 DCM SRC 的最初实现方法,刚开始还未应用到 DAB 上,发文章是普通 SRC 变换器。下图是参考文献 2 中关于 DCM SRC 的一个说明,我们不难看出这种实现的关键是让 LC 的谐振频率高于开关频率,就可以在一个开关周期的方波内,谐振电流先回到零点,也并不算复杂。

 

 

我们再来看三相 DAB SRC 的实现,三个原边有源桥是相互独立而且解耦的,副边整流器也分别按 120°来进行交错。从这个思路来看,跟电机在一个磁芯上绕三个交错的绕组的味道有点接近了。在这里是通过原边三个独立的有源桥,交错后别往变压器里面注入电流,是不是有点和电机的原理有类似的道理。然后副边固定交错 120°整流输出,并且三个巧妙的通过交错 120°的方式来实现了变压器零电压时间,这用于实现 ZVZCS。其波形和时序可见:(这让我想起以前 J 版跟我提到他搞的一个交错双管正激就是这个思路:两个独立的桥臂,在不同的时间内开通)

 

 

驱动时序:

 

 

功率框架:

 

 

最后就是关于参数设计:

1,首先固定我们所需的开关频率,计算出半个周期长度,比如开关频率 50KHz,那么半个周期就是 10us。

 

2,要想实现 ZCS,而且还要三相交错,那么需要谐振电流需在 2/3 个半个开关周期内到零。所以可以计算得到半个谐振周期的时间长度为 0.667*10us=6.667us。

 

3,所以得到 LC 的谐振周期为 13.334us,频率为 74.996KHz,也就是 50KHz/0.667。

 

4,然后就根据负载电阻和 LC 的 Q 值来设计谐振参数。

 

 

比如仿真中参数是输入 800V,输出 400V/15KW,谐振电感是 25uH,谐振电容是 180nF,开关频率为 50KHz,谐振频率是 75KHz,仿真得到的波形可以很完美的实现 ZVZCS,见上图。

 

小结:从这个三相交错 ZVZCS 的 DAB SRC 控制方法来看,为了实现这个最优的工作点其实还是牺牲了挺多。我个人感觉只有在这种固定工作点的应用具有较大的优势。对于大功率宽范围需要闭环调节的 DAB SRC 系统,还是用单相双有源桥来做更适合,我后面是想通过三电平的方法来拓展单相 DAB SRC 的功率等级和电压范围,这一块的内容等我想清楚了再陆续更新,感谢观看,谢谢。

 

回复关键字:

3PH_DAB_SRC 获得仿真模型

 

参考文档:

1,New Series-Resonant Solid-State DC Transformer Providing Three Self-Stabilized Isolated Medium-Voltage Input Ports F. Krismer∗, J. Bohler ¨ ∗, J. W. Kolar∗, and G. Pammer†


∗Power Electronic Systems Laboratory, ETH Zurich, Switzerland krismer@lem.ee.ethz.ch


†EGSTON Power Electronics GmbH, Austria Proceedings of the 10th ICPE International Conference on Power Electronics (ICPE 2019-ECCE Asia), Bexco, Busan, Korea, May 27-30, 2019

 

2, J. E. Huber, J. Minibock, and J. W. Kolar, “Generic derivation of dynamic ¨ model for half-cycle DCM series resonant converters,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 33, no. 1, pp. 4–7, Jan. 2018.