基于SPS的DAFB变换器漏感分析

双有源全桥变换器（dual active full bridge，DAFB）适用于大功率双向变换领域，由于具备软开关，输入输出宽等优点，被广泛应用。

话不多说，上干货。

双有源全桥变换器最早追溯到上世纪90年代，我在双有源桥（DAB）变换器 随笔中已提到。最初DAFB采用SPS控制，这种控制方法十分简单，容易实现，但是它也有许多的缺点，主要是轻载和电压不匹配时效率低，而且ZVS容易丢失。典型DAFB拓扑如图1所示。

图1 DAFB拓扑

可以将图1中的拓扑功率传输可以看作为电力系统中两条母线之间功率流动，简化电路如图2所示。

图2 功率流向示意图

工作原理不再这里展开，许多论文和书籍中有详细分析过程。

在双有源桥的功率级设计中，最重要的因素是漏感的选择、相移角、输出电容额定值、开关频率、SiC mosfet的选择、变压器和预期的ZVS运行范围。这些设计参数中有许多是相互关联的，其中任何一个参数的选择都直接影响到其他参数。例如，漏电感的选择直接影响到传输的最大功率，进而影响到相移。

漏感参数设计

漏电感的选择是设计中最重要的参数。与变换器输出功率密切相关，表达式如下

式中可以看出，电感值减小输出功率增大，给定开关频率、漏电感、输入输出电压时，功率变换的最大值出现在Ø=π/2处。

基于SPS控制DAFB电感电流工作波形如图3所示。

图3 电感电流工作波形

根据波形可以得到I1和I2的电流表达式如下

根据电流表达式可以达到软开关的条件如下

第一个式子是副边满足软开关的条件，第一个式子是原边满足软开关的条件。

根据上述分析，就可以得到漏感、电压传输比、移相角与输出功率的曲线。如图4所示。

图4 不同电感值软开关范围与电压传输比的关系