前言

双有源全桥（dual active bridge, DAB）变换器是一种重要的隔离型DC/DC变换器拓扑结构，广泛应用于能源互联网、固态变压器、电动汽车等领域，可实现电气隔离、电压匹配、功率双向传输，其对于固态变压器等系统的安全、稳定、高质量运行具有十分重要的作用。在实际应用中，不仅要求功率变换器的稳态性能良好，具有较高的转换效率和功率密度，还希望变换器具备优良的动态特性。因而，变换器建模对于系统动态性能分析、控制器设计与优化十分关键，是功率变换理论的重要基础性课题。目前对DAB变换器工作特性的研究主要基于单自由度调制，对复杂的多自由度调制下如何推导传输功率的解析表达式仍未从数学上获得根本解决。同时，由于电力电子开关的非线性特性会影响DAB变换器的动态特性，建立描述系统全局动态行为的DAB变换器等效电路模型面临挑战。如何构建DAB变换器传输功率的数学解析表达式，系统性地推导出反映DAB变换器全局动态行为的物理等效电路模型，一直以来都是高频隔离功率变换系统基础理论研究的热点和难点。本书主要围绕上述问题展开研究分析。

本书共分为7章，第1章详细介绍了DAB变换器的应用背景以及相关的关键技术的研究现状，包括DAB变换器的优化调制技术、DAB变换器的建模与稳定性分析方法，以及基于DAB变换器的单级高频链AC/DC变换器。后续章节围绕上述几个关键技术分别介绍相关研究情况。第2章分析了DAB变换器的工作原理，并对单自由度调制和多自由度调制进行了详细讨论。第3章针对DAB变换器调制优化问题，通过分析控制量的扰动对于目标函数以及传输功率的影响，推导了DAB调制的全局优化条件。在此基础上，以导通损耗作为优化目标，推导了正向功率流和反向功率流时覆盖全功率范围的DAB电感电流有效值最优化调制策略的解析形式，并提出了一种实现优化调制实时计算的闭环控制方法。第4章介绍了一种混合三电平DAB变换器拓扑结构，用于提升DAB变换器在宽电压增益范围应用场合的性能；由此提出了不同增益情况下覆盖全功率范围的导通损耗优化调制策略，以及兼顾不同器件软开关条件和导通损耗的多目标优化调制技术。第5章介绍了基于离散迭代模型的DAB变换器等效电路模型，推导出解析的传递函数，弥补了传统离散模型依赖数值计算的不足。第6章，通过分析数字控制DAB变换器闭环系统的特征根分布情况，利用参与因子方法分析了影响系统稳定性的主导状态变量，提出了考虑损耗的DAB降阶等效电路，进一步简化模型；并提出了补偿DAB变换器非线性特性的线性反馈控制方法，从而提高系统抗扰动能力。第7章，基于混合三电平DAB的单级高频链AC/DC变换器，提出了一种无电流传感器控制方法；该控制方法根据输入输出电压信号实现对输入电流的控制，无须采集输入电流信号；同时通过简化优化调制策略、滤波环节设计以及死区效应抑制，降低了系统的损耗和交流侧电流畸变。

本书的研究工作得到了课题组韩蓓老师、冯琳老师、徐晋博士、博士生李子润、吴盼等师生的大力支持和关心，同时也得到杭州电子科技大学杭丽君教授课题组的有力支持，在此表示由衷的感谢！

本书的工作得到了国家自然科学基金面上项目（51477098、51777049）、国家重点研发计划（2016YFB0900200）的资助，特此感谢！上海交通大学出版社给予了大力支持和帮助，谨此表达衷心的感谢！

本书内容主要是作者近期在此领域的研究成果，希望为研究隔离型DC/DC变换器的同行提供一点参考，为推动相关技术的发展和应用尽一点绵薄之力。限于时间和水平，本书可能存在不足之处，敬请读者批评指正！

作者

2021年9月