三相交错ZVZCS的DAB SRC控制方法
开关电源仿真与实用设计 2022-09-26

  前言:

  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.




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