DAB的工作原理基于兩個有源橋的控制策略，通過控制從直流側(cè)到交流側(cè)的功率傳輸，實(shí)現(xiàn)高效率的功率轉(zhuǎn)換。在DAB中，兩個橋的占空比通常保持在50%，功率流動是通過改變兩個電橋之間的相位即相移(phase shift)而實(shí)現(xiàn)的。DAB的控制策略主要包括以下幾個方面：相移控制：通過改變兩個電橋之間的相位差，控制功率的流向和大小。電流控制：通過控制電橋的占空比，控制電流的大小和方向。電壓控制：通過控制電橋的輸出電壓，控制負(fù)載的電壓。頻率控制：通過控制電橋的開關(guān)頻率，控制輸出電壓的波形。

雙有源橋模態(tài)是指在DAB中，兩個有源橋的輸出電壓和電流都是正向的，即兩個橋的輸出功率方向相同。這種模態(tài)下，DAB的效率最高，但是實(shí)現(xiàn)起來比較困難。目前，實(shí)現(xiàn)雙有源橋模態(tài)的方法主要有以下兩種：直接控制法：通過控制兩個電橋之間的相位差，使得兩個電橋的輸出電壓和電流都是正向的。這種方法實(shí)現(xiàn)簡單，但是需要精確的相位控制，對控制器的要求較高。間接控制法：通過在DAB中添加一個輔助電路，控制兩個電橋之間的電壓差，從而實(shí)現(xiàn)雙有源橋模態(tài)。這種方法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，但是對控制器的要求較低。

雙有源橋模態(tài)是DAB的一種高效控制策略，可以提高DAB的效率和性能。但是實(shí)現(xiàn)起來比較困難，需要根據(jù)具體應(yīng)用場景選擇合適的實(shí)現(xiàn)方法。本文介紹了DAB的控制策略和雙有源橋模態(tài)的實(shí)現(xiàn)方法，希望能夠?qū)ψx者了解DAB的工作原理和應(yīng)用有所幫助。DAB作為一種高效的隔離式雙向DC-DC變換器，具有廣泛的應(yīng)用前景，未來將在更多領(lǐng)域中得到應(yīng)用。

DAB(Dual Active Bridge，DAB)型的雙向AC-DC變換器，具有電路結(jié)構(gòu)簡單、控制容易等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的DAB型雙向AC-DC變換器通常采用移相調(diào)制策略，難以實(shí)現(xiàn)全范圍軟開關(guān)，開關(guān)損耗大，效率難以進(jìn)一步提升。針對該問題，本文提出了一種基于臨界電流模式(Boundary Current Mode，BCM)的調(diào)制策略，將移相和調(diào)頻結(jié)合，實(shí)現(xiàn)所有開關(guān)管的零電壓開通，減少了開通損耗。DAB控制策略?(Dynamic Application Behavior Control Strategy)是一種對應(yīng)用程序行為進(jìn)行全面監(jiān)控和控制的策略，旨在確保應(yīng)用程序符合預(yù)設(shè)的規(guī)則和要求。其核心目的是優(yōu)化資源使用、提升系統(tǒng)性能和用戶體驗(yàn)。

?全面監(jiān)控和控制?：DAB控制策略對應(yīng)用程序的行為進(jìn)行全面監(jiān)控和控制，確保其符合預(yù)設(shè)的規(guī)則和要求。例如，限制應(yīng)用程序?qū)τ嬎阗Y源的使用、限制對網(wǎng)絡(luò)帶寬的占用、阻止不必要的后臺任務(wù)等?1。動態(tài)調(diào)整?：根據(jù)應(yīng)用程序在運(yùn)行期間的行為和特征，動態(tài)地調(diào)整控制策略，以更好地優(yōu)化資源的使用。例如，根據(jù)應(yīng)用程序負(fù)載的波動動態(tài)調(diào)整資源分配，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)活動情況動態(tài)調(diào)整帶寬控制策略等?1。

?自動適應(yīng)?：根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)時性能以及應(yīng)用程序的需求，自動適應(yīng)控制策略，以提供最佳的用戶體驗(yàn)。例如，動態(tài)調(diào)整應(yīng)用程序的資源分配，根據(jù)處理能力和響應(yīng)時間自動調(diào)整帶寬占用的優(yōu)先級等?1。

DAB控制策略在多個領(lǐng)域中都有重要應(yīng)用：

?云計算環(huán)境?：通過DAB控制策略優(yōu)化云計算資源的使用效率，提升整體系統(tǒng)性能?1。

?移動應(yīng)用?：通過DAB控制策略優(yōu)化移動應(yīng)用的性能和用戶體驗(yàn)，提升響應(yīng)速度和應(yīng)用流暢度?1。

?物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備?：通過DAB控制策略優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的管理和性能，確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和高效資源利用?1。

?分析應(yīng)用程序的特點(diǎn)和目標(biāo)?：確定需要控制的行為和資源需求。

?設(shè)計控制規(guī)則?：基于應(yīng)用程序的目標(biāo)和需求，設(shè)計控制規(guī)則和規(guī)則集，用于指導(dǎo)DAB控制策略的實(shí)施。

?嵌入監(jiān)控和控制機(jī)制?：在應(yīng)用程序中嵌入監(jiān)控和控制機(jī)制，用于實(shí)時獲取應(yīng)用程序行為和資源利用情況，并根據(jù)設(shè)計的規(guī)則進(jìn)行調(diào)整。

?持續(xù)監(jiān)測?：持續(xù)監(jiān)測應(yīng)用程序的運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)實(shí)際情況動態(tài)調(diào)整控制策略?1。

常用的BDC變換器有Buck-Boost、Cuk、Sepic- Zeta、正激、反激、半橋、全橋等多種拓?fù)漕愋?。其中，雙有源全橋(Dual Active Bridge, DAB)變換器具有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對稱、雙向功率傳輸、電氣隔離、寬軟開關(guān)范圍、高功率密度和易于控制等優(yōu)點(diǎn)，被普遍認(rèn)為是雙向高頻功率轉(zhuǎn)換中最有前途的功率變換器，已廣泛應(yīng)用于各種能量變換場合。將DAB應(yīng)用于電動汽車驅(qū)動控制是一個頗具發(fā)展前景的選擇[11-13]。

將DAB變換器置于電動汽車動力電池與電機(jī)逆變器之間，可以根據(jù)電機(jī)實(shí)時轉(zhuǎn)速動態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)直流母線電壓，提升電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的能量變換效率。然而，同時也將面臨兩大挑戰(zhàn)：①電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)直流母線電壓的大范圍變化會引起DAB變換器輸入輸出電壓不匹配，導(dǎo)致其電流應(yīng)力劇增、軟開關(guān)丟失、損耗增加等問題并降低系統(tǒng)效率;②電動汽車行駛時反復(fù)的加減速及制動操作，巨大能量的釋放與回收過程不僅要求DAB變換器能承受高電壓、大電流沖擊，還要求DAB具有較快的動態(tài)響應(yīng)速度。因此，降低電流應(yīng)力和提高動態(tài)響應(yīng)性能是DAB應(yīng)用于電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)時需要解決的兩大關(guān)鍵問題。

對于電流應(yīng)力問題，DAB電流應(yīng)力的大小與其移相調(diào)制策略有關(guān)，其電流應(yīng)力的最小點(diǎn)可以近似認(rèn)為是效率的最高點(diǎn)，因此可以通過對電流應(yīng)力的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)對效率的優(yōu)化[14]。

DAB常用的移相調(diào)制策略有單移相(Single Phase Shift, SPS)、擴(kuò)展移相(Extended Phase Shift, EPS)、雙重移相(Double Phase Shift, DPS)和三重移相(Triple Phase Shift, TPS)等。SPS調(diào)制通過改變左右H橋輸出電壓間的相位差來調(diào)節(jié)傳輸功率大小和方向，實(shí)現(xiàn)簡單，但是由于只有一個控制自由度，當(dāng)DAB輸入輸出電壓不匹配時，其電流應(yīng)力將顯著增大并丟失軟開關(guān)特性，導(dǎo)致系統(tǒng)效率降低。EPS調(diào)制在單側(cè)橋內(nèi)添加額外的內(nèi)移相角，擁有2個控制自由度，可以拓寬DAB的軟開關(guān)范圍、減小電流應(yīng)力和回流功率，但是其正反兩方向功率傳輸特性不同，電流應(yīng)力優(yōu)化算法也不一致，在功率傳輸方向切換時需要同步改變驅(qū)動信號，應(yīng)用不 便[15-17]。DPS調(diào)制在雙側(cè)H橋同時增加內(nèi)移相角，同樣擁有2個控制自由度，在能量雙向傳輸場合無需切換控制信號，且功率調(diào)節(jié)范圍更寬，更適合于功率傳輸方向頻繁切換的電機(jī)驅(qū)動控制應(yīng)用[18-20]。TPS調(diào)制則在DPS調(diào)制的基礎(chǔ)上可以控制兩個內(nèi)移相角的大小不相等，擁有3個控制自由度，能夠獲得更優(yōu)的電流應(yīng)力優(yōu)化效果，但是其計算與優(yōu)化過程過于復(fù)雜[21-24]。本文選擇DPS作為DAB的移相調(diào)制策略。

DPS調(diào)制策略下，傳輸相同的功率存在無窮多種移相組合方式，不同組合方式的電流應(yīng)力并不相同，尋找最小電流應(yīng)力的過程即為電流應(yīng)力優(yōu)化。

傳統(tǒng)電流應(yīng)力優(yōu)化一般采用分步法，將各個模態(tài)下的電流應(yīng)力和功率方程聯(lián)立并求導(dǎo)計算，最終獲得最佳移相比。這種方法雖然能夠求解出最佳移相比并降低電流應(yīng)力，但是求解過程復(fù)雜且計算量較大，不利于工程應(yīng)用[14]。固定輸出功率下尋找最小電流應(yīng)力的過程屬于等式約束下的最優(yōu)化求解問題，因此，可借助拉格朗日乘數(shù)法(Lagrange Multiplier Method, LMM)進(jìn)行求解[25]。區(qū)別于傳統(tǒng)電流應(yīng)力優(yōu)化方法，這類方法具有計算量小、計算過程簡潔的優(yōu)點(diǎn)。

對于動態(tài)響應(yīng)性能問題，DAB變換器的動態(tài)響應(yīng)性能取決于其具體控制策略。常用的控制策略有傳統(tǒng)的PI控制[11]、負(fù)載電流前饋(Load Current Forward Feed, LCFF)控制[26]、滑?？刂?、模型預(yù)測控制(Model Predictive Control, MPC)[27-29]等。傳統(tǒng)PI控制具有實(shí)現(xiàn)簡單、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但是其參數(shù)整定困難、快速性和準(zhǔn)確性有所欠缺;負(fù)載電流前饋控制能夠一定程度上提高DAB的動態(tài)響應(yīng)性能;模型預(yù)測控制的動態(tài)控制性能更好、魯棒性強(qiáng)，是傳統(tǒng)控制策略的有效替代方案。

雖然模型預(yù)測控制已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電機(jī)控制器、并網(wǎng)逆變器等變流器的控制中，但由于DAB采用的移相調(diào)制方法與常規(guī)變流器采用的脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Module, PWM)方法有所不同，模型預(yù)測控制應(yīng)用于DAB的相關(guān)研究尚不多見。

國內(nèi)外已有的DAB模型預(yù)測控制大多基于SPS調(diào)制策略，沒有應(yīng)力優(yōu)化特性。文獻(xiàn)[27]提出了一種基于分組尋優(yōu)的模型預(yù)測控制方法，能有效降低占空比窮舉遍歷的計算量，然而該方法僅針對單移相調(diào)制進(jìn)行分析，只有一個控制自由度。文獻(xiàn)[28]針對輸出并聯(lián)型DAB變換器動態(tài)響應(yīng)慢及傳輸功率不均衡問題，提出一種模型預(yù)測控制策略及其功率均衡方法，該方法同樣僅針對單移相調(diào)制策略，無法對電流應(yīng)力進(jìn)行優(yōu)化。文獻(xiàn)[29]提出一種基于擴(kuò)展移相(EPS)的輸出電壓模型預(yù)測控制與梯度下降算法的混合控制策略，實(shí)現(xiàn)了回流功率優(yōu)化，然而其控制方法不能直接用于DPS調(diào)制策略中，不適合于功率傳輸方向頻繁切換的電機(jī)驅(qū)動控制應(yīng)用場景。總之，上述關(guān)于DAB的模型預(yù)測控制相關(guān)研究要么不能處理DAB電流應(yīng)力優(yōu)化問題，要么不適合于電動汽車功率變換場景，亟待進(jìn)一步深入研究。