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电路与系统|基于双有源桥电路移相控制配置和内移相中心对称叠加补偿方法的研究

汉斯出版社

2025-08-22

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导读：

随着可再生能源和直流微网发展，双有源桥电路成为研究热点，精确移相控制对其至关重要。传统单移相控制轻载性能差，双移相和三重移相控制算法复杂、适应性弱，现有方法均存在不足。为此，本文提出基于双有源桥电路移相控制配置和内移相中心对称叠加补偿方法的方案。该方案通过ePWM模块的配置、外移相角动态生成、内移相自适应配置及前馈量对称补偿抑制电流畸变。文中详细阐述了双有源桥电路拓扑、ePWM模块配置、外移相信号配置器设计、内移相配置及补偿算法原理。仿真实验表明，该方案能实现高低压侧高效双向能量传输，满足不同场景移相控制需求。内移相中心对称叠加补偿方法可实时补偿移相角误差，提升系统稳定性、响应速度和控制精度。且该技术有望扩展应用于双通道、多通道及其他类型的双有源桥电路，从而最大限度地提高电路效率以优化系统性能。

基本信息：

基于双有源桥电路移相控制配置和内移相中心对称叠加补偿方法的研究

Research on Phase Shifting Control Configuration Based on Dual Active Bridge Circuit and Symmetric Overlapping Compensation Method for Internal Phase Shifting Center

作者：

张珈晨, 高李阳, 李浩兵, 杜秋怡, 殷祺儒, 李子恒, 方宇, 曹松银, 周柳明：扬州大学信息工程学院(人工智能学院)，江苏扬州

关键词:

双有源桥电路；ePWM模块；移相控制；PSIM仿真

项目基金：

国家级大学生创新训练计划项目(202411117085Z)

国家自然科学基金(61873346)

原文链接：

https://doi.org/10.12677/ojcs.2025.142002

内容简介：

在汉斯出版社《电路与系统》期刊上，有论文提出一种基于双有源桥电路移相控制配置和内移相中心对称叠加补偿方法的研究方案。

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方法

双有源桥电路主要由低压侧(电池侧)全桥电路、高压侧(母线侧)全桥电路、高频隔离变压器、谐振电感和隔直电容等部分组成，其基本结构如图1所示。

设置ePWM模块的时钟源和频率，配置计数器模式并选择合适计数方向和周期值满足移相需求；设置比较器功能，采样低压侧电池的电压反馈量Vbatf和高压侧母线电压反馈量Vbusf送到双有源桥电路的外移相信号配置器形成触发信号，从而触发两侧全桥电路中对应开关管ePWM脉冲信号之间的相位移。

外移相信号配置器的主要原理如图2所示。

内移相配置

若K = 1，则屏蔽内移相功能；若K < 1，则低压侧有移相控制，高压侧无移相控制；若K > 1，则高压侧有移相控制，低压侧无移相控制。内移相D具体算法主要由式1实现：

式中，N为变压器匝比，Vbat为低压侧电池电压，Vbus高压侧母线电压，T为双有源桥的开关周期。

内移相中心对称叠加补偿方法算法设计

通过在滞后桥叠加内移相角相关的前馈量F，使滞后桥和超前桥相对于它们驱动的中心点滞后期望的外移相角。前馈量F的具体算法如下：

当处于放电状态时，即高压侧全桥电路中开关管的驱动信号滞后于低压侧全桥电路中所对应功率开关管的驱动信号时，前馈量F的具体算法由式(2)实现：

式中，Dy1为低压侧内移相角，Dy2为高压侧内移相角，若F为正值，则将高压侧多移出|F|角度；若F值为负，则将高压侧少移出|F|角度；

当处于充电状态时，即低压侧全桥电路中开关管的驱动信号滞后于高压侧全桥电路中所对应功率开关管的驱动信号时，前馈量F的具体算法由式(3)实现：

式中，Dy1为低压侧内移相角，Dy2为高压侧内移相角，若F为正值，则将低压侧多移出|F|角度；若F为负值，则将低压侧少移出|F|角度。

仿真

搭建5 kW双有源桥电路的仿真模型，主要参数如下：开关频率是40 kHz，谐振电感是2.3 µH，母线侧滤波电容是88.6 mF，电池侧滤波电容是1 mF，隔直电容是3.8 µF，变压器匝数比是1:4；电池电压范围是40 V~60 V；母线电压范围是390 V~410 V；额定功率是5 kW，搭建的5 kW双有源桥电路的仿真模型如图3所示。关键寄存器配置如表1所示。

再根据电路参数，在PSIM仿真软件中搭建了基于动态链接库的仿真模型，动态链接库中采用Visual Studio编写代码来实现本文提出双有源桥电路的外移相信号配置器、内移相D配置流程和内移相中心对称叠加补偿方法的流程，从而完成移相控制。

当电池充电时，产生如图4所示的移相脉冲控制信号，再经驱动电路生成相应开关管的驱动信号。当电池放电时，产生如图5所示的移相脉冲控制信号，再经驱动电路生成相应开关管的驱动信号。

再根据内移相D配置流程和内移相中心对称叠加补偿方法的流程进行仿真实验。

结论

结果表明，该方案能够满足不同场景下双有源桥电路移相控制的需求，实现高压侧与低压侧之间能量的高效双向流通。内移相中心对称叠加补偿方法作为主要创新点，能够计算前馈量实时补偿移相角的误差，使滞后桥和超前桥相对于它们驱动的中心点滞后期望的外移相角，有效抑制了电感电流过零点畸变，确保了系统的稳定性，提高了系统的响应速度和控制精度，最终实现了对系统需求的有力保障。此外，基于本文的研究思路，该技术可扩展应用于双通道、多通道及其他类型的双有源桥电路，从而最大限度地提高电路效率以优化系统性能。