双有源桥变换器拓扑及控制优化研究综述

王新征; 林江; 孙伟翔; 李嘉琪; 石梦超; 向永建

doi:10.12404/j.issn.1671-1815.2506968

科学技术与工程 ›› 2026, Vol. 26 ›› Issue (13) :5335-5347 DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2506968

电子技术、通信技术

双有源桥变换器拓扑及控制优化研究综述

作者信息 +

Review of DAB Converter Topology and Control Optimization

Author information +

文章历史 +

摘要

随着储能系统、直流配电网络以及高功率密度电力电子装备的快速发展,隔离型双向DC-DC变换器已成为实现双向能量变换的关键接口。在多种拓扑结构中,双有源桥(dual active bridge,DAB)变换器因其具备电气隔离能力、结构对称性以及适于高频运行等优点而受到广泛关注。系统地梳理了双有源桥变换器的技术特点、研究现状及发展趋势。首先基于全球能源转型和直流配电网发展的背景对多种隔离型双向DC-DC拓扑进行对比,突出双有源桥变换器在效率、功率密度和动态性能方面的综合优势。其次,针对双有源桥变换器在宽工况运行、高频化设计以及数字控制实现过程中所面临的关键技术挑战进行了归纳,展望了面向工程实用性和系统可靠性的潜在研究方向。对双有源桥变换器的综述工作可为高性能双向电能变换系统的设计与应用提供参考。

Abstract

With the rapid development of energy storage systems, DC distribution networks, and high-power-density power electronic equipment, isolated bidirectional DC-DC converters have become key interfaces for bidirectional energy conversion. Among various converter topologies, the dual active bridge (DAB) converter has attracted extensive attention due to its galvanic isolation capability, structural symmetry, and suitability for high-frequency operation. The technical characteristics, research status, and development trends of DAB converters were systematically reviewed. Firstly, various isolated bidirectional DC-DC topologies were compared in the context of global energy transition and the development of DC distribution networks, highlighting the comprehensive advantages of DAB converters in terms of efficiency, power density, and dynamic performance. Subsequently, the key technical challenges encountered by isolated bidirectional DC-DC converters in wide-operating-range applications, high-frequency design, and digital control implementation were summarized, and potential research directions oriented toward engineering practicality and system reliability were discussed. This review is intended to provide a useful reference for the design and application of high-performance bidirectional power conversion systems.

Graphical abstract

关键词

双有源桥 / 拓扑架构 / 控制方式 / 优化算法

Key words

DAB / topology architecture / control method / optimization algorithm

引用本文

引用格式 ▾

王新征, 林江, 孙伟翔, 李嘉琪, 石梦超, 向永建. 双有源桥变换器拓扑及控制优化研究综述[J]. 科学技术与工程, 2026, 26(13): 5335-5347 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2506968

WANG Xin-zheng, LIN Jiang, SUN Wei-xiang, LI Jia-qi, SHI Meng-chao, XIANG Yong-jian. Review of DAB Converter Topology and Control Optimization[J]. Science Technology and Engineering, 2026, 26(13): 5335-5347 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2506968

登录浏览全文

4963

注册一个新账户忘记密码

在全球能源结构向多元化、低碳化转型的进程中,以光伏、风电、生物质能为代表的分布式新能源发电技术取得了迅猛发展。2025年1月21日,国家能源局发布2024年全国电力工业统计数据,数据显示,截至2024年12月底,全国累计发电装机容量约33.5亿kW,同比增长14.6%。其中,太阳能发电装机容量约8.9亿kW,同比增长45.2%;风电装机容量约5.2亿kW,同比增长18.0%。但新能源发电的广泛接入和负荷类型的日益复杂对电网技术^[1-3]提出了更高要求。相较于传统交流配电网,直流配电网在接纳分布式电源、提升供电可靠性、改善电能质量、提高能量传输效率以及降低建设与运维成本等方面展现出显著优势,因而成为国内外学者的研究热点。

在智能电网建设深入推进的背景下,“固态直流变压器”作为实现直流配电网中不同电压等级母线(如中压与低压)间高效能量传输与转换的关键装置,承担着功率调节、电压变换和能量双向灵活流动的重要任务。通过对其实施精确控制,可实现电网能量的灵活调度与高效管理。

1 隔离型双向DC-DC变换器

图1展示了一种典型的直流配电微网结构,其中DC/DC直流变压器承担了从电网侧到负载侧功率转换的关键桥梁^[4]。

在双向DC-DC变换器拓扑中引入高频隔离变压器,可形成相应的隔离型架构。该结构不仅保留了功率双向流动和电压变换的基本功能,隔离变压器还实现了输入与输出侧的电气隔离与额外的升降压变换,高频化则可以降低输出纹波并增强了系统运行的安全性与可靠性。得益于上述优点,隔离型双向DC-DC变换器在众多能量需双向流动的应用场景中展现出广阔的发展前景。

双有源桥拓扑因其电气隔离、优异的软开关特性、高功率密度、灵活的能量双向控制能力以及易于扩展的模块化结构,已成为隔离型双向DC-DC变换器的核心拓扑方案之一。在可再生能源系统、储能系统、电动汽车电驱动和能量再生回馈、数据中心供电及航空航天^[5-8]等对效率、功率密度和动态性能要求较为严格的领域中得到广泛应用。

2 隔离型双向DC-DC变换器拓扑

隔离型双向DC-DC变换器拓扑可根据其结构与工作原理分为双向反激电路、双向正激电路、双向推挽、双向半桥、双向全桥及LLC谐振等多种架构。其中,正激电路需复杂的磁复位电路;推挽存在偏磁风险,已较少采用;半桥电路在可靠性与复杂度间取得良好平衡,成为0.2~1 kW功率级的主流选择;全桥凭借其低电流应力和高功率处理能力,适用于500 W以上的中高功率应用;而LLC谐振拓扑通过软开关技术实现了极高效率,尤其适合对高效率要求的固定电压场合。总体而言,拓扑选择是在功率等级、效率、复杂度和成本之间寻求最佳平衡的过程。

图2为双向正激变换器^[9],电路属于单向励磁状态,其变换器开关管的电压应力较高,传输功率较小,往往用于低功率的应用场合。当变换器工作在降压模式下,开关管导通时,输入能量通过变压器直接传递至负载侧,同时滤波电感储能;开关管断时,电感通过续流二极管释放能量;反之,变换器工作在反向升压模式下,能量从低压侧通过Boost升压原理传输至高压侧。开关管交替导通/关断,电感储能后与电池能量叠加,经变压器升压回馈至输入侧。

图3为双向反激DC-DC变换器拓扑^[10],该拓扑利用耦合电感进行能量储存和传递。其工作原理是当主开关管导通时,电能以磁能形式储存在变压器中;当开关管关断时,能量释放到次级侧供给负载。该电路结构简单、成本低廉,缺点是开关管应力大、效率相对较低且输出纹波较大,因此适合用于功率小于150 W的应用场景,如电源适配器等各类小功率电源。

图4为双向半桥DC-DC变换器^[11],该拓扑通过两个开关管和分压电容构成桥臂,利用中点电压在变压器原边形成交流方波。其最大优势是开关管电压应力仅为输入电压,且磁芯工作在双向磁化状态,天然抗偏磁特性使得可靠性较高。该拓扑开关管电流应力较大且需两个分压电容,主要应用在200~1 000 W中等功率等级场合。

图5是隔离型双向推挽DC-DC变换器^[12],该拓扑采用带中心抽头的变压器和两个开关管交替导通来传递能量。其致命缺点是存在严重的偏磁风险,且开关管需承受至少两倍于输入电压的应力。尽管结构比全桥简单,但因可靠性问题,在100~1 000 W功率范围内已逐渐被更可靠的半桥拓扑所取代。

图6展示了双向全桥DC-DC变换器^[13],该拓扑使用原副边,各使用4只开关管构成全桥电路,通过对角线开关管同时导通来驱动变压器,因此在中高功率场合中得到广泛应用。其核心优势是开关管电压应力低、电流应力小、功率密度高。代价是结构复杂、无法有效利用变压器的漏感,成本高且驱动复杂。该拓扑适合500 W以上直至数千瓦的大功率应用场景,如储能系统、电动汽车充电和不间断电源。其衍生拓扑如LLC谐振全桥还能通过软开关技术实现更高效率。

与传统工频变压器体积庞大、输出电压等级固定的特点不同,双有源桥(dual active bridge,DAB)变换器采用高频变压器,并利用其漏感结合串联电感实现功率传输,具有体积小、功率密度高、宽输入电压范围输入下保持高效率的优势。同时,该拓扑效率高、结构对称易于串并联扩容、动态响应快,自问世以来一直是研究热点,被广泛认为是直流固态变压器中的核心功率变换单元。

图7展示了双有源全桥DC-DC变换器拓扑^[14]。定义D₁为原副边H桥开关管Q₁与Q₅间驱动信号相对相移,D₂为原边桥H₁内开关管Q₁与Q₄间驱动信号相对相移,D₃为副边H₂桥内开关管Q₅与Q₈间驱动信号相对相移,K=V_in/(NV_out)为电压转换比,变压器变比为N∶1。

图8~图10展示的谐振型DAB拓扑包含了LLC谐振型^[15]、CLLC谐振型^[15]、CLLLC谐振型^[16],谐振型双有源桥变换器通过在传统DAB中引入谐振网络,核心优势在于实现了软开关。其开关管能在宽传输功率范围内获得零电压开关(zero voltage switching,ZVS)或零电流开关(zero current switching,ZCS),从而显著降低开关损耗,带来了较高的转换效率以及更优的EMI性能,并能适应更高开关频率以提升功率密度,同时保留双向功率流动能力。

然而,这些优势是需协调变频与移相、电压增益范围窄,以及对元件参数更为敏感,设计和实现难度远高于传统拓扑进行妥协,因此谐振型DAB拓扑主要定位于对效率和功率密度有高要求的高频、中高功率双向应用场合。

图11展示的混合三电平DAB拓扑是对传统DAB的纵向扩展,它通过增加电路和控制的复杂性,换来了在更高电压应用领域的性能优势,是构建高压、大功率直流能量交换系统的关键技术之一。

隔离型DC-DC变换器不同特性的对比^[17-18]如表1所示。

综上所示,双有源桥(DAB)相比于其他拓扑,更能实现软开关(如零电压开通ZVS),同时开关管电流应力可调(通过移相角控制)且环流可控,有利于实现高效、高频隔离的双向能量传输,在中高功率应用场景(如新能源储能、车载充电)下表现出相比于双向反激、正激、推挽及半桥等拓扑的显著优势。

2.1 DAB控制方式

传统的DAB的控制方式为移相控制,具体的移相控制分为单移相(single phase-shift,SPS)^[19]、扩展移相(extended phase-shift,EPS)^[20-21]、双重移相(dual phase-shift,DPS)^[22]和三重移相(triple phase-shift,TPS)^[23-24]。其中,单移相控制是最简单的移相控制方式,仅依赖单一桥间移相角

${\mathit{\varphi }}_{1}$

来调节功率传输的方向和大小,控制自由度较低,在完成指定需求的指标(如稳定输出电压)时,难以优化效率和器件应力。

扩展移相控制虽然引入了原边或者副边桥内移相角

${\mathit{\varphi }}_{2}$

,提升了灵活性,但通常仍将

${\mathit{\varphi }}_{1}$

或

${\mathit{\varphi }}_{2}$

中某一角度固定,因此实际可控维度并未充分释放,优化空间有限。而双移相控制通过独立、动态地调控桥间移相角

${\mathit{\varphi }}_{1}$

和桥内移相角

${\mathit{\varphi }}_{2}$

,构建出一个二维控制空间,实现了控制自由度的实质性提升。在此架构下,

${\mathit{\varphi }}_{1}$

主要负责精确控制传输功率的大小和方向,而

${\mathit{\varphi }}_{2}$

则用于移相辅助ZVS和降低功率回流。这种控制机制使DPS能够同时兼顾功率传输控制与损耗优化,实现了多变量协同,为提升系统效率与可靠性提供了更有效的控制手段。此外有不少研究三重移相(TPS),TPS在DPS的基础上进一步引入额外的控制变量,拥有桥间移相角

${\mathit{\varphi }}_{1}$

,原边桥H₁内移相角

${\mathit{\varphi }}_{2}$

,副边桥H₂内移相角

${\mathit{\varphi }}_{3}$

共3个自由度,可带来更精细的电流与应力管理能力,但也显著增加了控制复杂度。其多自由度调控对参数整定和实时计算提出更高要求,控制策略设计难度大,在实际系统中易出现稳定性降低或动态响应变差的问题。

DAB移相控制特性的详细对比如表2所示。

2.2 DAB控制优化方法

针对不同的控制方式,核心的优化目标主要为电流应力的优化、回流功率的优化、动态响应的优化以及硬件磁集成方面的优化,图12展示了当前优化目标的主要方向和优化方法。

2.2.1 DAB电流应力和回流功率优化

DAB变换器效率最大化,电流应力最小化,宽电压适应范围以及稳定性并存的多目标优化存在着冲突,DAB变换器降低电流应力和回流功率的核心思想是根据不同工作模态建立不同拓扑模型,建立电流或功率与移相角占空比的关系,在给定的电路参数指标下,经不同算法计算,选出最优解。

单移相调制是DAB变换器中最为简单的控制方式,其主要运行波形如图13所示。其中,原、副边开关管均采用50%占空比方波控制,同一桥臂开关信号互补,对角开关管驱动信号一致,且原、副边对应开关管驱动存在可控移相时间D₁T_hs。

文献[25]较为系统地阐述了DAB变换器不同移相控制方式数学公式推导,在传统的单移相调制下,DAB变换器的传输功率的计算公式为

(1)

${\mathit{P}}_{\mathrm{S}\mathrm{P}\mathrm{S}}=\frac{{\mathit{V}}_{\mathrm{i}\mathrm{n}}{\mathit{V}}_{\mathrm{o}\mathrm{u}\mathrm{t}}}{2{\mathit{f}}_{\mathrm{s}\mathrm{w}}{\mathit{L}}_{\mathrm{k}}}{\mathit{D}}_{1}(1-{\mathit{D}}_{1})$

其等价形式为

(2)

${\mathit{P}}_{\mathrm{S}\mathrm{P}\mathrm{S}}=\frac{{\mathit{V}}_{\mathrm{i}\mathrm{n}}{\mathit{V}}_{\mathrm{o}\mathrm{u}\mathrm{t}}\mathit{\varphi }(\mathrm{\pi }-\mathit{\varphi })}{2{\mathrm{\pi }}^{2}{\mathit{f}}_{\mathrm{s}\mathrm{w}}{\mathit{L}}_{\mathrm{k}}}$

式中:P_SPS为单移相调制下的传输功率;V_in和V_out分别为变换器输入侧和输出侧的直流电压;f_sw为开关频率;L_k为辅助电感,当

${\mathit{D}}_{1}=0.5\left(\mathrm{移}\mathrm{相}\mathrm{角}\mathrm{\varphi }=\frac{\mathrm{\pi }}{2}\right)$

时,单移相控制下DAB变换器达到最大输出功率,定义最大传输功率P_N为

(3)

${\mathit{P}}_{\mathrm{N}}=\frac{\mathit{N}{\mathit{V}}_{\mathrm{i}\mathrm{n}}{\mathit{V}}_{\mathrm{o}\mathrm{u}\mathrm{t}}}{8{\mathit{f}}_{\mathrm{s}\mathrm{w}}{\mathit{L}}_{\mathrm{k}}}$

式(3)作为单移相调制下最大传输功率,又被设定为基准值,方便对其他控制方式的传输功率进行标幺化处理。

当功率正向传输时,DAB变换器在单移相控制方式下传输功率标幺值表达式为

(4)

${\mathit{P}}_{\mathrm{S}\mathrm{P}\mathrm{S}}=4{\mathit{D}}_{1}(1-{\mathit{D}}_{1})$

DAB变换器在单移相控制方式下电流应力标幺值表达式为

(5)

${\mathit{I}}_{\mathrm{S}\mathrm{P}\mathrm{S}}=2(\mathit{K}+2{\mathit{D}}_{1}-1)$

单移相控制下回流功率标幺值表达式为

(6)

${\mathit{M}}_{\mathrm{S}\mathrm{P}\mathrm{S}}=\frac{(\mathit{K}+2{\mathit{D}}_{1}{-1)}^{2}}{2(\mathit{K}+1)}$

双重移相控制是在SPS调制中外移相角控制的基础上,对全桥H₁和H₂内部的桥臂间添加了内移相角,通过调节内、外移相角实现对回流功率的实时控制。此处,内移相时间表示为D₂T_hs,外移相时间表示为D₁T_hs。此处以功率正向传输为例,当0≤D₂≤D₁≤1时,运行波形如图14(a)所示,当0≤D₁≤D₂≤1时,运行波形如图14(b)所示。

在传统的双重移相调制下,依据D₁和D₂的大小和电感两端电压之间的相位关系可以分为4种子状态,此处以功率正向传输为例,传输功率的公式如下。

(7)

${\mathit{P}}_{\mathrm{D}\mathrm{P}\mathrm{S}}=\left\{\begin{array}{ll}\frac{\mathit{N}{\mathit{V}}_{\mathrm{i}\mathrm{n}}{\mathit{V}}_{\mathrm{o}\mathrm{u}\mathrm{t}}}{4{\mathit{f}}_{\mathrm{s}\mathrm{w}}{\mathit{L}}_{\mathrm{k}}}(-{\mathit{D}}_{2}^{2}+2{\mathit{D}}_{1}-2{\mathit{D}}_{1}^{2}),& \mathrm{ }\\ \mathit{　}\mathit{　}0\le {\mathit{D}}_{2}\le {\mathit{D}}_{1}\le 1& \\ \frac{\mathit{N}{\mathit{V}}_{\mathrm{i}\mathrm{n}}{\mathit{V}}_{\mathrm{o}\mathrm{u}\mathrm{t}}}{4{\mathit{f}}_{\mathrm{s}\mathrm{w}}{\mathit{L}}_{\mathrm{k}}}(2{\mathit{D}}_{1}-2{\mathit{D}}_{1}{\mathit{D}}_{2}-{\mathit{D}}_{1}^{2}),& \mathrm{ }\\ \mathit{　}\mathit{　}0\le {\mathit{D}}_{1}\le {\mathit{D}}_{2}\le 1& \end{array}\right.$

当0≤D₂≤D₁≤1时,DAB变换器在双重移相控制方式下电流应力标幺值表达式为

(8)

${\mathit{I}}_{\mathrm{D}\mathrm{P}\mathrm{S}1}=\left\{\begin{array}{ll}2\left[\right(\mathit{K}-1\left)\right(1-{\mathit{D}}_{2})+2{\mathit{D}}_{1}],& \mathit{K}\ge 1\\ 2\left[\right(\mathit{K}-1\left)\right({\mathit{D}}_{2}-1)+2\mathit{K}{\mathit{D}}_{1}],& \mathit{K}<1\end{array}\right.$

电源侧回流功率标幺值表达式为

(9)

${\mathit{M}}_{\mathrm{D}\mathrm{P}\mathrm{S}1}=\left\{\begin{array}{ll}\frac{({\mathit{D}}_{2}{-1)}^{2}{(\mathit{K}-1)}^{2}}{2\mathit{K}}+2({\mathit{D}}_{2}-{\mathit{D}}_{1}{)}^{2},& \mathrm{ }\\ \mathit{　}\mathit{　}{\mathit{D}}_{1}\le \frac{(\mathit{K}+1){\mathit{D}}_{2}+\mathit{K}-1}{2\mathit{K}}& \\ \frac{(\mathit{K}+1){\mathit{D}}_{2}-2{\mathit{D}}_{1}-\mathit{K}+1}{2(\mathit{K}+1)},& \mathrm{ }\\ \mathit{　}\mathit{　}{\mathit{D}}_{1}\ge \frac{(\mathit{K}+1){\mathit{D}}_{2}+\mathit{K}-1}{2\mathit{K}}& \end{array}\right.$

当0≤D₁≤D₂≤1时,DAB变换器在双重移相控制方式下电流应力标幺值表达式为

(10)

${\mathit{I}}_{\mathrm{D}\mathrm{P}\mathrm{S}2}=\left\{\begin{array}{ll}2\left[\right(\mathit{K}-1\left)\right(1-{\mathit{D}}_{2})+2{\mathit{D}}_{1}],& \mathit{K}\ge 1\\ 2\left[\right(\mathit{K}-1\left)\right({\mathit{D}}_{2}-1)+2\mathit{K}{\mathit{D}}_{1}],& \mathit{K}<1\end{array}\right.$

电源侧回流功率标幺值表达式为

(11)

${\mathit{M}}_{\mathrm{D}\mathrm{P}\mathrm{S}2}=\frac{\left[\right({\mathit{D}}_{2}-1){(\mathit{K}-1)]}^{2}}{2\mathit{K}}$

从式(11)可以看出双重移相控制较单移相控制的电流应力和回流功率的影响因素更多,是较为复杂的多元约束优化问题。针对多元约束优化问题,常用的方法有拉格朗日乘子法和KKT条件法^[26]。但DAB的优化问题可能是非凸的,满足条件的点可能是局部最优点,而不一定是全局最优点。

此外,三重移相根据D₁、D₂、D₃关系分为6种有效工作模式^[27],传输功率及电流应力,回流功率^[28]在不同模态下更为复杂,不再赘述。

针对不同的移相调制方式,结合数学关系与软开关特性,有着不同的优化方法。SPS调制下,张国皓^[29]提出了新型串联谐振变换器,利用谐振腔谐振电容解决了交错并联结构的结构缺陷,解决了交错并联结构不均压问题,同时降低了开关管的电压应力,对变换器进行多移相控制特性分析及建模,优化控制解决谐振腔高频振荡问题以及低功率区域谐振电流过大的问题,不同电压输出给定下电流应力优化率达60%以上。

对于更为灵活的双重移相控制方法,张天晖^[30]较为系统地对双重移相控制下多种模态进行分析,建立变换器的各类指标数学模型,对传输功率、回流功率、电流应力的表达式和软开关特性进行了研究,基于自然软开关的电流应力最小化控制获取理论最高的效率。

与此同时,随着宽禁带功率器件的快速发展,其损耗特性分析已成为提高DAB变换器效率的重要研究方向。其中,碳化硅MOSFET由于具备更高的击穿电压、更低的开关损耗以及更优的高温性能,在高频隔离型DC-DC变换器中展现出明显优势。相关研究表明^[31],在全桥DC-DC变换器中采用SiC功率器件可显著降低开关损耗和导通损耗,从而在保证软开关运行的同时进一步提升系统效率,为高频大功率隔离型变换器的性能提升提供了有力支撑。

在调制方法改进方面,基于DPS调制方式,在不增加移相控制变量的前提下,改变内外移相角间的约束关系,将一次侧H桥内移相角D₂作为一个控制变量,并使二次侧开关管内移相角与外移相角相等,即D₁=D₃,便产生了改进双重移相(improved-dual-phase-shift,IDPS)调节方式。王仁龙等^[32]分析了IDPS工作特性,建立电流与功率的数学模型,提出电流应力优化控制方法,并与传统DPS调制方式对比,分析电流应力与回流功率特性,这种方式在轻载和中负载条件下,对比传统的DPS控制,电流应力明显减小,和回流功率基本被消除,在重载条件下优化效果不明显。无独有偶,周杰等^[33]巧妙地利用内外移相角间的约束关系,使副边侧桥内移相角D₃与原副边桥间移相角D₁的大小相等,但方向相反,将其作为一个控制自由度,原边侧桥内移相角D₂作为另一个控制自由度,引出IDPS,相较于传统SPS和DPS调制方式,与上文相似,仅在低功率区间IDPS显著降低电流应力,在高功率区间优化效果趋近DPS,但仍优于SPS。

针对不同的移相控制模态分析的复杂性^[34],南京理工大学的龚健^[35]提出混合移相控制(hybrid modulation),结合统一移相理论(UPS)与基波分量分析(FCA),提出动态融合策略,在轻载/中载条件下,采用拓展移相(EPS),通过调节原/副边电压幅值和相位差,使电感电流有效值最小化。轻载优化56.9%,效率峰值达98.5%,中载优化27.6%。在重载条件下,自动切换为单移相(SPS),保留传统控制简单性。利用不对称电压匹配移相控制,ZVS范围扩大至全功率(轻载ZVS成功率>90%),开关损耗降低37%。

2.2.2 DAB动态响应优化

DAB动态响应的因素主要包括直流偏移和非线性特性等。

直流偏移是DAB动态响应的主要瓶颈,会导致电感电流尖峰和调节延迟。非线性特性严重制约其动态性能。主要表现为:传输功率与移相角呈非线性关系,导致系统增益随工作点剧烈变化,轻载时增益低、响应迟缓,重载时增益高、易引发超调与振荡,使传统线性控制器难以在全工况下兼顾快速性与稳定性。多控制自由度间的非线性耦合导致动态过程相互干扰,增加解耦设计难度。此外,非线性状态轨迹使基于线性化的预测模型失准,而动态过程中软开关条件的丢失更会引发可靠性风险,极大限制了控制算法的选择与动态性能的优化。

例如,DAB变换器发生扰动时,产生突变移相比ΔD,电感电流产生直流偏移。对单移相调制下DAB变换器移相比突然增大或减小和正负反向瞬态过程的电流进行分析,可得出移相比ΔD越大,直流偏移越大的结论。当前有众多方法聚焦快速消除偏移,常用手段有瞬态移相调制(ADSM/TPSU),预测电感电流控制(PDCM/MCM)。前者通过动态调整原副边电压的移相和占空比(非固定50%占空比),在半个开关周期内消除偏移。后者则利用电流采样值和预测公式,实时计算移相比。瞬态调制参数鲁棒性强,但实现复杂;电流控制响应快,但需高精度采样^[36]。

针对传统线性控制的局限,不少学者提出改善输入电压突变响应的优化策略和改善负载突变响应的优化策略。安峰等^[37]基于双重相移控制的控制方式,建立DAB变换器输出电压的离散模型,并引入电压前馈控制,并结合电流应力优化计算,减小电流应力,实现变换器效率优化并显著提高其对于负载突变和输入电压突变的响应能力。李沫霖等^[38]研究带有前馈控制的双有源桥DAB,SPS控制下建立有负载电流前馈的小信号模型,测试负载阶跃变化时,稳定时间缩短1.3 ms,最大电压跌落差值缩小20 V,有效证明了电流前馈控制下动态响应的快速性,其前馈路径只与负载电流有关,而对于输出电压是独立的,可以改善控制回路的增益。该方法值得研究并推广至EPS和DPS控制方式下,改善不同控制模式下的DAB变换器负载突变动态响应。

2.2.3 DAB磁集成优化

拓扑与硬件结构密不可分,无论是研究机构还是电源制造企业,均将研究热点都集中在基础成熟衍生拓扑及其应用上,无论是带变压器的隔离型还是大功率范围的非隔离型拓扑,在基本拓扑的基础上,一些新技术如软开关、LC谐振滤波、磁集成等技术才可能实现^[39-40]。

DAB的磁集成优化的手段分为气隙调控、绕组结构创新、材料与拓扑协同3个方面。气隙调控包括采用分布式气隙结构,在磁芯中柱设置多个离散气隙(非连续分布),替代传统单大气隙;中心柱气隙调节,在变压器中心磁柱开设可控气隙,直接调节漏感值。其目的是降低磁芯损耗、减小体积、提高开关电源的功率密度^[41]。例如,中柱分布式气隙磁集成结构解决传统磁集成方案中励磁电感下降、损耗高的问题。刘开元等^[42]创建双二维有限元模型,引入气隙修正系数提升漏感计算精度,并基于蚁群算法优化BP神经网络(ant colony optimization-back propagation,ACO-BP)建立漏感预测模型,误差低于5%。但建模过程较复杂,参数计算与优化算法较难用于工程实践。Lee等^[43]提出中心磁柱带气隙的集成变压器,建立等效磁路模型,替代DAB中分立电感,通过气隙长度调节漏感,采用PCB绕组降低涡流损耗,漏感集成于变压器内部,比传统分立方案体积减小40%,AC效率达96.9%。

绕组结构创新包括正交解耦绕组的应用和自耦合绕组设计,前者将原副边绕组空间正交排布,磁通路径解耦,消除磁通叠加损耗。后者的原理是通过匝数比设计,绕组重叠比例调节,利用互感增强等效电感,达到取消分立电感,集成漏感于变压器的目标。两者的对比分析如表3所示^[44-45]。

以十字交叉形磁芯为例,此种磁芯采用正交解耦磁集成十字交叉形高频变压器,集成3个分立变压器,减小体积。这种磁芯运用在LLC谐振变换器与DAB结合情景上^[46],复用全桥桥臂开关管,形成三端口集成拓扑,减少开关管数量30%,降低成本和损耗,样机效率达93%,体积比分立方案缩小40%。

高频变压器对于寄生参数十分敏感,故而对于传能电感应做到尽量减小功率密度和减小寄生参数,哈尔滨工业大学的房紫旭^[47]在研究HB2-DAB变换器中,通过绕组耦合电感设计,利用匝数比和重叠比例控制耦合系数,结合升压钳位与耦合电感,实现10倍电压增益和输入电流纹波抑制(<4%)。

在材料与拓扑协同方面,高频磁性材料是提升双有源桥(DAB)变换器功率密度和效率的关键。当前研究热点集中于纳米晶、低损耗铁氧体及涡旋磁结构软磁复合材料的应用^[48]。这些材料通过优化高频损耗和提升磁导率稳定性,以满足DAB磁集成中高频化(MHz级)、低损耗、高饱和磁通密度的核心需求。涡旋磁结构软磁复合材料(如FeSiAl磁粉冷烧结制备)可在1 GHz频率下保持稳定磁导率,同时实现高饱和磁化强度(105 Am²/kg)和低矫顽力(48 A/m),显著降低高频开关损耗并提升能量传输效率。此外,低损耗铁氧体(如NiZn系)通过掺杂YIG等元素,在1~3 MHz频段损耗降低30%~56%,解决了传统锰锌铁氧体高频^[49]应用时涡流损耗剧增的问题。然而,磁集成设计仍需应对热管理(纳米晶脆性导致的加工难度)、噪声抑制^[50](非晶材料磁致伸缩系数高引发啸叫)及工艺成本(复杂磁芯一体成型良率低)等挑战。未来需通过材料-器件-系统协同优化(如跨尺度原子掺杂与拓扑结构设计),推动软磁材料向“按需定制”发展,最终实现DAB在高频、高功率密度场景下的高效可靠运行。

3 DAB变换器的研究热点与控制策略创新

双有源桥(DAB)变换器作为高性能能量转换作为核心装置,其控制策略的创新持续推动着效率、动态响应及鲁棒性的突破。当前研究热点集中于三大方向:智能优化算法、离散化控制策略及多模式混合控制。

3.1 智能优化算法在DAB优化上的应用

当代智能算法应用广泛,针对DAB变换器非线性与多约束特性,改进粒子群算法^[51](improved particle swarm optimization,IPSO)、鲸鱼算法^[52](whale optimization algorithm,WOA)及灰狼算法(grey wolf optimizer,GWO)等优化算法,均可通过全局寻优能力动态调整移相角组合,实现电流应力最小化与回流功率抑制(图15)。

文献[53]创新性地引入惩罚系数和改进的粒子群IPSO,优化算法效率,但动态响应验证不足。文献[54]利用WOA算法,在全移相比范围内求解回流功率的最小值,既避免了过拟合的现象,同时也可有效降低回流功率。最后,通过与SPS、DPS、TPS 3种常规控制策略的仿真对比,验证了最小化策略的正确性和有效性。文献[55]通过高频链统一模型简化和改进灰狼算法,实现了DAB变换器在宽增益范围内的电流应力全局最小化(最高降低17.2%),并结合虚拟功率控制提升动态响应,实现零超调,降低导通损耗+硬件简化,以提升变换器效率。文献[56]通过在多端口DC-DC变换器中,采用信赖域狗腿寻优算法实现代价函数的最小化,通过模型预测控制方法优化代价函数求解,提高了在线控制性能,有效解决了多口耦合带来的控制复杂度问题。

3.2 DAB变换器离散化控制策略

DAB离散化控制策略的核心思想是将连续的控制变量在有限的、预先计算好的离散值之间进行切换而非连续调节,以此实现快速瞬态响应或效率优化。从参数^[57]整定到智能算法^[58]再到硬件协同,如何在几个离散模式之间设计重叠区或滞回比较,实现相对平滑的过渡,避免输出电压纹波在模式切换点附近突变,是当下研究热点。

汪晗^[59]研究了负载电流型多级离散扩展移相控制方法,消除电压型离散单移相直流偏置,解决电压型离散扩展移相控制输出功率范围小、低功率时电流应力较大的问题。模型预测控制具有动态快、参数调整简单、多目标优化等优势,王怡斐^[60]建立了DAB变换器的离散状态空间模型,引入自适应步长、改进后的代价函数和预测误差补偿模块,对带约束的移动离散控制集模型预测控制策略,通过仿真和实验验证该策略在保证输出值的精确度的同时且能有效提高DAB变换器的动态性能。离线计算,在线查表的查表法也是DAB变换器离散化控制手段之一。传统的查表法精度取决于表的密度,输出是分段平滑的,插值点处可能有拐点。张皓^[61]提出一种基于全局离线优化和在线神经网络映射的四自由度效率优化控制策略。它继承了查表法的核心思想,但通过神经网络技术极大地提升了性能,克服了传统查表法的诸多缺点,是实现复杂系统全局最优控制的一种高效且先进的解决方案。其在整个工作范围(不同电压增益k和传输功率P)内,将问题离散化,使用布谷鸟搜索(cuckoo search,CS)算法在每个离散的(k,P)工况点上,对4个控制参数进行全局搜索,找到使综合损耗(开关损耗、导通损耗、变压器损耗)最小的离散最优参数组合(Δ

${{\mathit{D}}_{1}}_{\_\mathrm{o}\mathrm{p}\mathrm{t}}$

、ΔD_{2_opt}、ΔD_{3_opt})进而得到离散的“最优控制参数-工况”映射表。在离线阶段,完成全局优化,生成最优参数数据集,在在线阶段实时检测工况,在离散的映射表中进行查表或插值,得到最优控制参数并输出,是查表法的重大改进,实现了智能化、轻量化、高效化。

3.3 DAB变换器多模式控制策略

DAB变换器的多模式切换是指在不同运行工况和应用场景下,基于控制算法对其工作模式进行自适应调整的一种运行机制。一方面,DAB变换器可在负载功率、电压水平等条件变化时,实现PWM、PFM及Burst等控制模式之间的自动切换,以在轻载至重载范围内兼顾系统效率、开关损耗及待机功耗性能;另一方面,在保持控制方式不变的前提下,变换器还可根据运行区间或应用需求,在同一调制策略下实现不同运行子模态之间的平滑切换,从而避免电流突变和动态性能劣化,保证系统在宽工况范围内的高效、稳定运行。

对于前者,在待机状态下采用Burst模式可显著降低功耗Burst模式(待机/极轻载)间歇式脉冲群工作,关闭时间占比动态调整,设定最小脉冲宽度和休眠时间阈值以避免音频噪声。在满载时,保持PWM模式,固定开关频率,通过移相控制调节功率,适合中高负载,确保性能。而PFM模式,适合轻载,其通过频率调制或离散频率步进。王要强等^[62]提出了一种基于双模式变频移相调制的单级式双有源桥型DC-AC变换器,分析双模式间的移相比边界条件,提出变换器运行模式的切换机制,且在实现变换器单级功率变换的同时,保证全范围软开关,降低低压侧的关断电流。

对于后者,在较多航天电源DC/DC应用场景,例如卫星电源系统^[63]光照期充电-阴影期放电,深空探测器^[64]核能-太阳能混合供电场景中,国内外在其模式切换方面研究较少。特别是DAB变换器应用在宽范围输入场景下,其电源模块在电源开机时,浪涌电压的存在势必引起短时间电压剧烈震荡,常用的DSP数字控制计算难以实现从开机到稳定运行过程中多控制模式的精准切换。因此,多模式切换的准确性和快速性是目前创新与突破的两大考验。

4 结论

围绕隔离型双向DC-DC变换器的工程应用需求,系统梳理了以双有源桥(DAB)为代表的典型拓扑结构及其调制与控制方法,重点对单移相、扩展移相、双移相和三移相等调制策略在功率调节范围、软开关特性和电流应力方面的差异进行了对比分析。相关研究表明,DAB 变换器在双向能量传输和高功率密度场景中具有明显优势,但在宽工况运行条件下仍存在若干亟待解决的工程问题。

从工程实现角度看,当前研究主要面临以下关键挑战:一是回流功率、电流应力与软开关范围之间存在显著耦合关系,单一性能指标优化难以满足宽工况运行需求;二是在轻载及功率反向工况下,软开关条件易失效,导致效率下降并加剧器件应力;三是在动态工况下,控制滞后与伏秒不平衡可能引入直流偏置,增加高频变压器磁饱和风险;四是随着开关频率和功率密度提升,磁性元件的损耗、温升及电磁兼容问题逐渐成为系统设计的限制因素;五是多移相及混合控制策略依赖数字控制实现,其离散化、模式切换及稳定性问题仍需进一步研究。

针对上述问题,未来研究应更加注重工程可实现性与系统协同设计。一方面,可结合回流功率、电流应力和损耗模型,开展面向多目标的优化设计方法研究,以提升变换器在全工况下的综合性能;另一方面,通过引入多模式调制与自适应控制策略,实现轻载与重载工况下的高效运行与平滑切换。同时,有必要加强高频磁集成条件下的热设计与电磁兼容研究,并在控制与结构设计中引入可靠性和可制造性约束,以推动隔离型双向DC-DC变换器向工程化和实用化方向发展。

参考文献

原文顺序 | 出版日期 | 本文引用

[1]	孙栩, 曹士冬, 卜广全, 等. 架空线柔性直流电网构建方案[J]. 电网技术, 2016, 40(3): 678-682.

[2]	Sun Xu, Cao Shidong, Bu Guangquan, et al. Construction schemes of overhead line flexible DC power grids[J]. Power System Technology, 2016, 40(3): 678-682.

[3]	刘嘉超, 袁志昌, 李岩, 等. 柔性直流技术在负荷中心分网运行的应用[J]. 电网技术, 2016, 40(3): 683-688.

[4]	Liu Jiachao, Yuan Zhichang, Li Yan, et al. Application of flexible DC technology in load-center sub-network operation[J]. Power System Technology, 2016, 40(3): 683-688.

[5]	刘鑫蕊, 谢志远, 孙秋野, 等. 低压双极性直流微网故障分析及保护方案[J]. 电网技术, 2016, 40(3): 749-755.

[6]	Liu Xinrui, Xie Zhiyuan, Sun Qiuye, et al. Fault analysis and protection scheme for low-voltage bipolar DC microgrid[J]. Power System Technology, 2016, 40(3): 749-755.

[7]	丁泉森. 基于DAB变换器的级联型直流固态变压器研究[D]. 南京: 南京理工大学, 2021.

[8]	Ding Quansen. Research on cascaded DC solid-state transformer based on DAB converter[D]. Nanjing: Nanjing University of Science and Technology, 2021.

[9]	Li R, Shi F. Control and optimization of residential photovoltaic power generation system with high efficiency isolated bidirectional DC-DC converter[J]. IEEE Access, 2019, 7: 116107-116122.

[10]	Liu X, Zhu Z Q, Stone D A, et al. Novel dual-phase-shift control with bidirectional inner phase shifts for a dual-active-bridge converter having low surge current and stable power control[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2017, 32(9): 4095-4106.

[11]	雷志方, 汪飞, 高艳霞, 等. 面向直流微网的双向 DC-DC 变换器研究现状和应用分析[J]. 电工技术学报, 2016, 31(22): 137-147.

[12]	Lei Zhifang, Wang Fei, Gao Yanxia, et al. Research status and application analysis of bidirectional DC-DC converters for DC microgrids[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2016, 31(22): 137-147.

[13]	黄龙. 面向储能系统的双向DC/DC变换器抗扰控制研究[D]. 南昌: 南昌大学, 2024.

[14]	Huang Long. Research on anti-disturbance control of bidirectional DC/DC converter for energy storage systems[D]. Nanchang: Nanchang University, 2024.

[15]	王盼盼. 单磁芯并联双端正激变换器研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2014.

[16]	Wang Panpan. Research on a single-core parallel dual-ended forward converter[D]. Harbin:Harbin Institute of Technology, 2014.

[17]	成晶晶. 双向反激变换器的研究[D]. 杭州: 浙江大学, 2010.

[18]	Cheng Jingjing. Research on bidirectional flyback converter[D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2010.

[19]	吴红飞, 胡文斐, 邢岩. 并串联交错式三端口半桥变换器[J]. 中国电机工程学报, 2014(12): 1829-1835.

[20]	Wu Hongfei, Hu Wenfei, Xing Yan. Series-parallel interleaved three-port half-bridge converter[J]. Proceedings of the CSEE, 2014(12): 1829-1835.

[21]	张方华, 王慧贞, 严仰光. 正激推挽电路的ZCS方案[J]. 电力电子技术, 2003, 37(2): 60-62.

[22]	Zhang Fanghua, Wang Huizhen, Yan Yangguang. ZCS scheme for forward push-pull circuit[J]. Power Electronics Technology, 2003, 37(2): 60-62.

[23]	颜灿. 移相全桥变换器设计研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学, 2023.

[24]	Yan Can. Design and research of phase-shifted full-bridge converter[D]. Harbin:Harbin Engineering University, 2023.

[25]	Jain A K, Ayyanar R. PWM control of dual active bridge: comprehensive analysis and experimental verification[C]// Proceedings of the 34th Annual Conference of IEEE Industrial Electronics (IECON 2008). Orlando: Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2008: 909-915.

[26]	Jung J H, Kim H S, Ryu M H, et al. Design methodology of bidirectional CLLC resonant converter for high-frequency isolation of DC distribution systems[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2013, 28(4): 1741-1755.

[27]	Zahid Z U, Dalala Z M, Chen R, et al. Design of bidirectional DC-DC resonant converter for vehicle-to-grid (V2G) applications[J]. IEEE Transactions on Transportation Electrification, 2015, 1(3): 232-244.

[28]	濮苇杰. 高功率密度双向DC-DC变换器研究[D]. 北京: 北京交通大学, 2024.

[29]	Pu Weijie. Research on high power density bidirectional DC-DC converters[D]. Beijing: Beijing Jiaotong University, 2024.

[30]	黄匀飞, 钟启濠, 欧阳有鹏, 等. 双有源桥变换器拓扑结构与控制策略研究综述[J]. 电源学报, 2024, 22(4): 53-65.

[31]	Huang Yunfei, Zhong Qihao, Ouyang Youpeng, et al. A review of topologies and control strategies for dual active bridge converters[J]. Journal of Power Supply, 2024, 22(4): 53-65.

[32]	吴连贵, 周帅, 张小勇, 等. 基于单移相控制的双有源桥输出电容纹波电流分析[J]. 机电工程技术, 2025, 54(7): 179-183, 189.

[33]	Wu Liangui, Zhou Shuai, Zhang Xiaoyong, et al. Analysis of output capacitor ripple current in dual active bridge based on single phase shift control[J]. Mechanical & Electrical Engineering Technology, 2025, 54(7): 179-183, 189.

[34]	尹耀宗, 宫金武, 王明龙, 等. 基于扩展移相控制的高频DAB变换器ZVS控制方法[J]. 电测与仪表, 2023, 60(8): 7-13.

[35]	Yin Yaozong, Gong Jinwu, Wang Minglong, et al. ZVS control method for high-frequency DAB converter based on extended phase shift control[J]. Electrical Measurement & Instrumentation, 2023, 60(8): 7-13.

[36]	Gao S, Zhang Y, Wang Y, et al. An optimal control strategy for the DAB-Based partial power converter based on extended-phase-shift control[J]. IEEE Open Journal of Power Electronics, 2023, 4: 817-827.

[37]	檀泽浩. 双重移相控制下的DAB变换器效率提升策略研究[D]. 兰州: 兰州理工大学, 2024.

[38]	Tan Zehao. Research on efficiency improvement strategy of DAB converter under dual phase shift control[D]. Lanzhou: Lanzhou University of Technology, 2024.

[39]	黄珺, 王跃, 李卓强, 等. 基于三重移相控制的双主动全桥直流变换器优化调制策略[J]. 中国电机工程学报, 2016, 36(6): 1658-1666, 1779.

[40]	Huang Jun, Wang Yue, Li Zhuoqiang, et al. Optimized modulation strategy for dual active full-bridge DC converter based on triple phase shift control[J]. Proceedings of the CSEE, 2016, 36(6): 1658-1666, 1779.

[41]	Macià C, Germán G O, Eduard B, et al. Analytical and normalized equations to implement the optimized triple phase-shift modulation strategy for DAB converters[J]. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, 2023, 11(3): 3535-3546.

[42]	牟迪. 双有源全桥变换器高性能调制及数字化设计研究[D]. 重庆: 重庆大学, 2021.

[43]	Mu Di. Research on high-performance modulation and digital design of dual active full-bridge converters[D]. Chongqing: Chongqing University, 2021.

[44]	赖纪东, 姚娴, 苏建徽, 等. 一种基于KKT算法的DAB回流功率优化方法[J]. 电力电子技术, 2022, 56(6): 103-106.

[45]	Lai Jidong, Yao Xian, Su Jianhui, et al. A backflow power optimization method for DAB based on KKT algorithm[J]. Power Electronics Technology, 2022, 56(6): 103-106.

[46]	李国杰, 童安平, 杭丽君, 等. 双有源全桥变换器建模与优化调制[M]. 上海: 上海交通大学出版社, 2022.

[47]	Li Guojie, Tong Anping, Hang Lijun, et al. Modeling and optimized modulation of dual active full-bridge converters[M]. Shanghai: Shanghai Jiao Tong University Press, 2022.

[48]	Xie F, Wang H, Shu J. Backflow power optimization of DAB based on asymmetric duty cycle and internal phase shift control[J]. IEEE Access, 2023, 11: 25682-25688.

[49]	张国皓. 双有源桥谐振变换器设计与控制策略研究[D]. 北京: 华北电力大学, 2024.

[50]	Zhang GuoHao. Research on design and control strategy of dual active bridge resonant converter[D]. Beijing: North China Electric Power University, 2024.

[51]	张天晖. 双有源桥DC/DC变换器多目标优化控制研究[D]. 武汉: 华中科技大学, 2019.

[52]	Zhang Tianhui. Research on multi-objective optimal control of dual active bridge DC/DC converter[D]. Wuhan: Huazhong University of Science and Technology, 2019.

[53]	李赫, 郝欣, 赵千淇, 等. 全桥DC-DC变换器中SiC器件损耗分析[J]. 科学技术与工程, 2023, 23(26): 11216-11223.

[54]	Li He, Hao Xin, Zhao Qianqi, et al. Loss analysis of SiC devices in full-bridge DC-DC converter[J]. Science Technology and Engineering, 2023, 23(26): 11216-11223.

[55]	王仁龙, 李永建, 李珊瑚, 等. 双有源桥变换器电流应力优化的双重移相调制方式[J]. 电源学报, 2023, 21(1): 35-44.

[56]	Wang Renlong, Li Yongjian, Li Shanhu, et al. Dual phase shift modulation for current stress optimization in dual active bridge converters[J]. Journal of Power Supply, 2023, 21(1): 35-44.

[57]	周杰, 赵世伟, 吴亿豪, 等. DAB变换器双重移相改进控制策略研究[J]. 电气传动, 2024, 54(8): 36-41.

[58]	Zhou Jie, Zhao Shiwei, Wu Yihao, et al. Improved control strategy of dual phase shift for DAB converter[J]. Electric Drive, 2024, 54(8): 36-41.

[59]	Fang S, Dai P, Liu S. A hybrid modulation for multilevel DAB converter based on asymmetrical duty modulation[C]// Proceedings of the 2nd IEEE International Power Electronics and Application Symposium (PEAS 2023). Guangzhou: Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2023: 68-73.

[60]	龚健. 双有源桥DC-DC变换器移相控制优化研究[D]. 南京: 南京理工大学, 2021.

[61]	Gong Jian. Research on phase shift control optimization of dual active bridge DC-DC converter[D]. Nanjing: Nanjing University of Science and Technology, 2021.

[62]	汤旭东, 王学梅. 双有源桥变换器动态响应影响因素及改善对策[J]. 电气自动化, 2021, 43(4): 1-6.

[63]	Tang Xudong, Wang Xuemei. Influencing factors and improvement strategies of dynamic response in dual active bridge converters[J]. Electrical Automation, 2021, 43(4): 1-6.

[64]	安峰, 杨柯欣, 王嵩, 等. 基于模型前馈的双有源全桥DC-DC变换器电流应力优化方法[J]. 电工技术学报, 2019, 34(14): 2946-2956.

[65]	An Feng, Yang Kexin, Wang Song, et al. Current stress optimization method for dual active full-bridge DC-DC converter based on model feedforward[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2019, 34(14): 2946-2956.

[66]	李沫霖, 郭志强. 负载电流前馈闭环控制的快速动态响应双有源桥式变换器的输出阻抗分析[J]. 电源学报, 2020, 18(3): 55-62.

[67]	Li Molin, Guo Zhiqiang. Output impedance analysis of fast dynamic response dual active bridge converter with load current feedforward closed-loop control[J]. Journal of Power Supply, 2020, 18(3): 55-62.

[68]	韩银. UPS用高效双向磁集成DC/DC变换器的研制[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2014.

[69]	Han Yin. Development of high-efficiency bidirectional magnetically integrated DC/DC converter for UPS[D]. Harbin:Harbin Institute of Technology, 2014.

[70]	刘朔阳. 磁集成高增益低纹波DC/DC变换器技术研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2018.

[71]	Liu Shuoyang. Research on magnetic integration technology for high-gain low-ripple DC/DC converter[D]. Harbin:Harbin Institute of Technology, 2018.

[72]	Mogorovic M, Dujic D. Sensitivity analysis of medium-frequency transformer designs for solid-state transformers[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2019, 34(9): 8356-8367.

[73]	刘开元, 沈湛, 陈武, 等. 一种分布式气隙磁集成结构及其漏感精确建模[J]. 中国电机工程学报, 2025, 45(13): 5255-5270.

[74]	Liu Kaiyuan, Shen Zhan, Chen Wu, et al. Distributed air-gap magnetic integration structure and its accurate leakage inductance modeling[J]. Proceedings of the CSEE, 2025, 45(13): 5255-5270.

[75]	Lee E S, Park J H, Kim M Y, et al. An integrated transformer design with a center-core air-gap for DAB converters[J]. IEEE Access, 2021, 9: 121263-121278.

[76]	杨帆, 欧阳斌, 翟小飞, 等. 铁心饱和对正交绕组平面感应电机电磁耦合特性的影响研究[J]. 西安交通大学学报, 2025, 59(4): 118-127.

[77]	Yang Fan, Ouyang Bin, Zhai Xiaofei, et al. Influence of core saturation on electromagnetic coupling characteristics of orthogonal-winding planar induction motors[J]. Journal of Xi’an Jiaotong University, 2025, 59(4): 118-127.

[78]	陈献君, 周明珠, 商运辉, 等. 一种三绕组耦合电感双极性输出高增益DC-DC变换器[J]. 仪器仪表学报, 2025, 46(5): 146-159.

[79]	Chen Xianjun, Zhou Mingzhu, Shang Yunhui, et al. A high-gain DC-DC converter with bipolar output based on a three-winding coupled inductor[J]. Chinese Journal of Scientific Instrument, 2025, 46(5): 146-159.

[80]	张世崇. 基于LLC-DAB集成一体化DC/DC变换器分析与设计[D]. 沈阳: 沈阳工业大学, 2023.

[81]	Zhang Shichong. Analysis and design of integrated LLC-DAB DC/DC converter[D]. Shenyang: Shenyang University of Technology, 2023.

[82]	房紫旭. 高增益双向隔离式DC-DC变换器的研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2023.

[83]	Fang Zixu. Research on high-gain bidirectional isolated DC-DC converter[D]. Harbin:Harbin Institute of Technology, 2023.

[84]	Bai G, Sun J, Zhang Z, et al. Vortex-based soft magnetic composite with ultrastable permeability up to gigahertz frequencies[J]. Nature Communications, 2024, 15(1): 46650.

[85]	茅柳强, 刘瑒, 刘九皋. JMC等公司新近推出的锰锌铁氧体材料性能及应用[C]// 第五届全国高性能软磁、永磁材料及应用研讨会论文集. 成都: 工业和信息化部磁性材料及器件专业情报网, 2013: 71-108.

[86]

Mao Liuqiang, Liu Yang, Liu Jiugao. Properties and applications of Mn-Zn ferrite materials recently launched by JMC and other companies[C]// Proceedings of the 5th National Symposium on High-Performance Soft Magnetic, Permanent Magnetic Materials and Applications. Chengdu: Specialized Information Network on Magnetic Materials and Devices of the Ministry of Industry and Information Technology, 2013: 71-108.

[87]	惠琦, 任小永, 陈乾宏. 采用环形变压器的小功率隔离型DC-DC变换器共模电磁干扰噪声建模与抑制[J]. 电工技术学报, 2024, 39(22): 7126-7138.

[88]	Hui Qi, Ren Xiaoyong, Chen Qianhong. Modeling and suppression of common-mode electromagnetic interference noise in low-power isolated DC-DC converters using toroidal transformers[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2024, 39(22): 7126-7138.

[89]

Liao Y, Liang J, Xu G, et al. Optimization design method of power distribution relationship for LLC-DAB hybrid bidirectional converter based on sigma structure[C]// 2022 4th International Conference on Smart Power & Internet Energy Systems: 4th International Conference on Smart Power and Internet Energy Systems (SPIES). Beijing: SPIES, 2022: 250-255.

[90]	哈尔滨理工大学. 基于鲸鱼优化算法的DAB变换器改进双重移相控制方法: CN202410809708.5[P]. 2024-09-27.

[91]	Harbin University of Science and Technology. Improved dual phase shift control method for DAB converter based on whale optimization algorithm: CN202410809708.5[P]. 2024-09-27.

[92]	中国电力科学研究院. 一种基于自适应粒子群算法的DAB变换器优化方法及装置: CN202411517773.7[P]. 2025-01-24.

[93]	China Electric Power Research Institute. Optimization method and device for DAB converter based on adaptive particle swarm algorithm: CN202411517773.7[P]. 2025-01-24.

[94]	李鑫, 张超, 石帅飞, 等. 一种结合双重移相与鲸鱼算法的直流变换器回流功率控制策略[J]. 太阳能学报, 2022, 43(9): 468-477.

[95]	Li Xin, Zhang Chao, Shi Shuaifei, et al. Backflow power control strategy for DC converter combining dual phase shift and whale optimization algorithm[J]. Acta Energiae Solaris Sinica, 2022, 43(9): 468-477.

[96]	陈才学, 刘旭, 邓成. 面向双有源桥宽增益范围的电流应力最小化策略研究[J]. 电源学报, 2020, 18(3): 63-70.

[97]	Chen Caixue, Liu Xu, Deng Cheng. Current stress minimization strategy for wide gain range of dual active bridge[J]. Journal of Power Supply, 2020, 18(3): 63-70.

[98]	舒立三, 杨浩, 赵鹤璇, 等. 大功率牵引整流机组用多端口直流变换器模型预测控制[J]. 科学技术与工程, 2025, 25(25): 10719-10725.

[99]	Shu Lisan, Yang Hao, Zhao Hexuan, et al. Model predictive control of a multi-port DC converter for high-power traction rectifier units[J]. Science Technology and Engineering, 2025, 25(25): 10719-10725.

[100]

孙伟翔, 王新征, 石磊磊, 等. 一种扩展移相调制的双有源桥变换器参数优化[J]. 强激光与粒子束, 2025, 37(9): 108-117.

[101]

Sun Weixiang, Wang Xinzheng, Shi Leilei, et al. Parameter optimization of dual active bridge converter under extended phase shift modulation[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2025, 37(9): 108-117.

[102]

Sun W, Shi L, Wang X, et al. The ZVS optimization design of DAB extended phase-shift control based on Monte Carlo and Kriging interpolation[J]. Journal of Physics: Conference Series, 2025(1). DOI: 10.1088/1742-6596/3064/1/012042.

[103]

汪晗. 双有源桥DC/DC变换器电流型离散移相控制策略与设计[D]. 成都: 西南交通大学, 2023.

[104]

Wang Han. Current-mode discrete phase shift control strategy and design for dual active bridge DC/DC converter[D]. Chengdu: Southwest Jiaotong University, 2023.

[105]

王怡斐. 双有源桥变换器移动离散控制集模型预测控制策略研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨理工大学, 2024.

[106]

Wang Yifei. Research on moving discrete control set model predictive control strategy for dual active bridge converter[D]. Harbin:Harbin University of Science and Technology, 2024.

[107]

张皓. 隔离双有源全桥DC-DC变换器的四自由度效率优化控制策略[D]. 西安: 西安理工大学, 2023.

[108]

Zhang Hao. Four-degree-of-freedom efficiency optimization control strategy for isolated dual active full-bridge DC-DC converter[D]. Xi’an: Xi’an University of Technology, 2023.

[109]

王要强, 李灏, 李想, 等. 基于双模式变频移相调制的单级式双有源桥型DC-AC变换器[J]. 电工技术学报, 2024, 39(21): 6865-6876.

[110]

Wang Yaoqiang, Li Hao, Li Xiang, et al. Single-stage dual active bridge DC-AC converter based on dual-mode variable frequency phase shift modulation[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2024, 39(21): 6865-6876.

[111]

王锴. SAR卫星电源系统研究[J]. 电源技术, 2023, 47(10): 1364-1367.

[112]

Wang Kai. Research on power system of SAR satellite[J]. Power Supply Technology, 2023, 47(10): 1364-1367.

[113]

张琨, 朱立颖, 杨东, 等. 深空探测器电源系统与电推进电源协同控制策略[J]. 航天器工程, 2025, 34(4): 51-57.

[114]

Zhang Kun, Zhu Liying, Yang Dong, et al. Cooperative control strategy between power system and electric propulsion power supply for deep space probes[J]. Spacecraft Engineering, 2025, 34(4): 51-57.