固態(tài)變壓器（SST）中雙有源橋（DAB）高頻DC/DC變換器控制算法與經(jīng)典代碼實(shí)現(xiàn)深度研究報(bào)告

BASiC Semiconductor基本半導(dǎo)體一級(jí)代理商傾佳電子（Changer Tech）是一家專注于功率半導(dǎo)體和新能源汽車連接器的分銷商。主要服務(wù)于中國(guó)工業(yè)電源、電力電子設(shè)備和新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈。傾佳電子聚焦于新能源、交通電動(dòng)化和數(shù)字化轉(zhuǎn)型三大方向，代理并力推BASiC基本半導(dǎo)體SiC碳化硅MOSFET單管，SiC碳化硅MOSFET功率模塊，SiC模塊驅(qū)動(dòng)板等功率半導(dǎo)體器件以及新能源汽車連接器。?

傾佳電子楊茜致力于推動(dòng)國(guó)產(chǎn)SiC碳化硅模塊在電力電子應(yīng)用中全面取代進(jìn)口IGBT模塊，助力電力電子行業(yè)自主可控和產(chǎn)業(yè)升級(jí)！

傾佳電子楊茜咬住SiC碳化硅MOSFET功率器件三個(gè)必然，勇立功率半導(dǎo)體器件變革潮頭：

傾佳電子楊茜咬住SiC碳化硅MOSFET模塊全面取代IGBT模塊和IPM模塊的必然趨勢(shì)！

傾佳電子楊茜咬住SiC碳化硅MOSFET單管全面取代IGBT單管和大于650V的高壓硅MOSFET的必然趨勢(shì)！

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1. 引言：能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的SST與DAB技術(shù)演進(jìn)

隨著全球能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型與智能電網(wǎng)的推進(jìn)，電力電子變壓器（Power Electronic Transformer, PET），亦稱為固態(tài)變壓器（Solid State Transformer, SST），正逐漸成為中高壓配電網(wǎng)與交直流混合微電網(wǎng)的核心樞紐。SST不僅具備傳統(tǒng)工頻變壓器的電壓變換與電氣隔離功能，還引入了無(wú)功補(bǔ)償、諧波抑制、電壓暫降穿越以及可再生能源接口等高級(jí)可控功能。在SST的三級(jí)式架構(gòu)（AC/DC整流級(jí)、DC/DC隔離級(jí)、DC/AC逆變級(jí)）中，雙有源橋（Dual Active Bridge, DAB）變換器作為中間直流隔離級(jí)，承擔(dān)著功率雙向流動(dòng)、電壓匹配及高頻電氣隔離的關(guān)鍵任務(wù)。

DAB變換器因其模塊化對(duì)稱結(jié)構(gòu)、高功率密度以及實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)（Soft-Switching）的潛力，成為SST中最受青睞的拓?fù)?。然而，DAB在大功率、寬電壓范圍應(yīng)用場(chǎng)景下面臨著巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在輕載下零電壓開(kāi)通（ZVS）失效導(dǎo)致的效率驟降、循環(huán)功率（Backflow Power）引起的電流應(yīng)力增加，以及多模塊輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)（ISOP）系統(tǒng)中的均壓與均流控制難題。

傾佳電子楊茜在對(duì)SST中DAB變換器的控制算法進(jìn)行詳盡的剖析，涵蓋從經(jīng)典的單移相（SPS）控制到高級(jí)的三移相（TPS）及模型預(yù)測(cè)控制（MPC）策略。同時(shí)，結(jié)合第三代寬禁帶半導(dǎo)體（SiC MOSFET）的器件特性，探討硬件參數(shù)對(duì)控制設(shè)計(jì)的影響，并提供基于工業(yè)界主流數(shù)字控制器（如TI C2000系列）的經(jīng)典代碼實(shí)現(xiàn)方案，以期為高頻DC/DC變換器的研發(fā)提供極具價(jià)值的工程參考。

2. DAB變換器的工作機(jī)理與數(shù)學(xué)建模

2.1 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與運(yùn)行原理

DAB變換器主要由原邊全橋、副邊全橋、高頻變壓器（HFT）以及輔助電感（或利用變壓器漏感Lk?）構(gòu)成。其核心原理是利用原、副邊全橋產(chǎn)生兩個(gè)占空比通常為50%的高頻方波電壓vp?(t)和vs?(t)，通過(guò)控制這兩個(gè)電壓源之間的相位差?（移相角），在電感Lk?上產(chǎn)生壓降，從而驅(qū)動(dòng)功率流動(dòng)。

在此拓?fù)渲?，功率傳輸?shù)拇笮∨c方向由移相角?決定。當(dāng)vp?超前vs?時(shí)，功率從原邊流向副邊；反之則反向流動(dòng)。這種雙向流動(dòng)的特性使得DAB天然適配于需要能量雙向交換的儲(chǔ)能系統(tǒng)與V2G（Vehicle-to-Grid）應(yīng)用。

2.2 功率傳輸特性的數(shù)學(xué)推導(dǎo)

在經(jīng)典的單移相（SPS）調(diào)制下，假設(shè)開(kāi)關(guān)頻率為fs?，開(kāi)關(guān)周期為Ts?=1/fs?，變壓器變比為n:1。定義歸一化移相比如下：

D=π??,D∈[?0.5,0.5]

電感電流iL?(t)的斜率由電感兩端的瞬時(shí)電壓決定。在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，電感電流呈分段線性變化。通過(guò)對(duì)電感電壓積分，可以推導(dǎo)出傳輸功率的解析表達(dá)式。對(duì)于SPS調(diào)制，平均傳輸功率P為：

PSPS?=2π2fs?Lk?nVin?Vout???(π?∣?∣)=2fs?Lk?nVin?Vout??D(1?2∣D∣)

其中，Vin?為原邊直流電壓，Vout?為副邊直流電壓。

深入洞察：

該功率公式揭示了DAB的非線性特性。功率與移相角呈拋物線關(guān)系，且在?=±π/2（即D=±0.25）時(shí)達(dá)到理論最大值。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，為了減小無(wú)功環(huán)流損耗，通常將工作點(diǎn)限制在較小的移相角范圍內(nèi)（如∣?∣<π/3）。這也意味著在設(shè)計(jì)控制算法時(shí)，必須考慮到系統(tǒng)增益在不同工作點(diǎn)的變化，這對(duì)于線性控制器（如PI）的設(shè)計(jì)提出了魯棒性挑戰(zhàn)。

3. 高級(jí)調(diào)制策略與軟開(kāi)關(guān)優(yōu)化

雖然SPS調(diào)制簡(jiǎn)單易行，但其僅利用了唯一的控制自由度（外移相角?）。當(dāng)輸入輸出電壓比k=Vin?/(nVout?)偏離1時(shí)，SPS調(diào)制會(huì)導(dǎo)致巨大的電感峰值電流和回流功率，嚴(yán)重惡化變換器效率，并導(dǎo)致ZVS范圍縮窄。為解決這一問(wèn)題，引入更多的控制自由度（內(nèi)移相角）成為必然趨勢(shì)。

3.1 擴(kuò)展移相（EPS）調(diào)制

擴(kuò)展移相調(diào)制在SPS的基礎(chǔ)上，增加了一個(gè)內(nèi)移相角D1?，通常施加在原邊全橋上，使其輸出電壓變?yōu)槿娖讲ㄐ危?Vin?,0,?Vin?），而副邊仍保持50%占空比的兩電平波形。

控制變量： 外移相角D??，原邊內(nèi)移相角D1?。

優(yōu)化目標(biāo)： EPS主要用于降低回流功率（Backflow Power）。通過(guò)調(diào)節(jié)D1?，可以改變?cè)呺妷号c電感電流的相位關(guān)系，使得在電壓不匹配（k=1）的情況下，減少電流反向流動(dòng)的區(qū)間。

ZVS特性： EPS能夠顯著擴(kuò)展原邊開(kāi)關(guān)管的ZVS范圍，特別是在輕載條件下。通過(guò)KKT（Karush-Kuhn-Tucker）條件求解優(yōu)化問(wèn)題，可以得到使得回流功率最小的最優(yōu)D1?和D??組合。

3.2 雙重移相（DPS）調(diào)制

DPS調(diào)制在原邊和副邊同時(shí)引入相同的內(nèi)移相角D1?=D2?，再加上外移相角D??。

機(jī)理： 原副邊電壓均變?yōu)槿娖讲ㄐ?。這種對(duì)稱的調(diào)制方式有利于降低變壓器的勵(lì)磁電流偏置，并在系統(tǒng)參數(shù)對(duì)稱時(shí)表現(xiàn)優(yōu)異。

優(yōu)勢(shì)： 相比SPS，DPS能顯著降低電感電流的峰值和有效值（RMS），從而減小磁性元件的銅損和開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通損耗。

3.3 三重移相（TPS）調(diào)制

TPS是相移控制的終極形式，利用了所有三個(gè)自由度：原邊內(nèi)移相D1?，副邊內(nèi)移相D2?，以及外移相D??。

全局優(yōu)化： TPS提供了最大的控制靈活性，理論上可以在任意電壓增益和負(fù)載條件下找到使總損耗（包括導(dǎo)通損耗和開(kāi)關(guān)損耗）最小的最優(yōu)解7。

實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性： TPS的解空間極其復(fù)雜。TPS包含多達(dá)12種不同的工作模式。實(shí)時(shí)求解這些模式的最優(yōu)解對(duì)控制器的算力要求極高。因此，工程實(shí)踐中常采用離線計(jì)算生成的查找表（LUT）或簡(jiǎn)化的次優(yōu)軌跡控制。

3.4 變頻調(diào)制（VFM）的引入

針對(duì)寬電壓范圍應(yīng)用（如電動(dòng)汽車充電，電池電壓變化范圍大），固定頻率的移相控制往往難以全范圍維持ZVS。

策略： VFM通過(guò)改變開(kāi)關(guān)頻率fs?來(lái)調(diào)節(jié)等效阻抗。在輕載下提高頻率，可以削弱峰值電流，但在某些ZVS邊界處，降低頻率可能更有利于積累足夠的激磁能量來(lái)抽走結(jié)電容電荷。

混合控制： 結(jié)合SPS+VFM的混合控制策略，可以在極寬的負(fù)載范圍內(nèi)（甚至低至10%額定功率）維持軟開(kāi)關(guān)，顯著提升輕載效率。

3.5 調(diào)制策略對(duì)比總結(jié)表

調(diào)制策略	控制自由度	優(yōu)點(diǎn)	缺點(diǎn)	適用場(chǎng)景
SPS	1 (D??)	算法簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，易于實(shí)現(xiàn)	輕載回流功率大，ZVS范圍窄，RMS電流高	電壓匹配度高，負(fù)載較穩(wěn)定的場(chǎng)景
EPS	2 (D??,D1?)	降低回流功率，擴(kuò)展原邊ZVS	副邊ZVS改善有限，控制略復(fù)雜	電壓不匹配，關(guān)注回流功率抑制的場(chǎng)景
DPS	2 (D??,Din?)	降低電流峰值和RMS值	控制變量耦合，優(yōu)化求解較難	對(duì)稱性較好的中高功率傳輸
TPS	3 (D??,D1?,D2?)	全局最優(yōu)效率，全范圍ZVS潛力	算法極復(fù)雜，需LUT或高性能DSP	對(duì)效率要求極高的SST核心DC/DC級(jí)
VFM	fs? + ?	拓寬ZVS范圍至極輕載	磁性元件設(shè)計(jì)困難（需兼顧頻域），EMI濾波器設(shè)計(jì)復(fù)雜	寬輸出電壓范圍的EV充電器

4. 關(guān)鍵硬件參數(shù)對(duì)控制的影響：以SiC MOSFET為例

控制算法的設(shè)計(jì)不能脫離硬件特性。第三代寬禁帶半導(dǎo)體（SiC）的引入極大地提升了DAB的性能上限，但也對(duì)死區(qū)時(shí)間（Dead Time）和驅(qū)動(dòng)控制提出了更嚴(yán)苛的要求。

4.1 BASiC Semiconductor SiC模塊特性分析

參考BASiC Semiconductor的BMF240R12KHB3 (1200V/240A) 和 BMF540R12MZA3 (1200V/540A) 模塊的數(shù)據(jù)手冊(cè)，我們能提取出對(duì)控制至關(guān)重要的參數(shù)19。

開(kāi)關(guān)速度極快： BMF240R12KHB3的典型開(kāi)通延遲td(on)?僅為65ns，上升時(shí)間tr?為37ns；關(guān)斷延遲td(off)?為110ns，下降時(shí)間tf?為36ns（@25°C）。這意味著SiC DAB可以工作在幾十kHz甚至上百kHz的頻率下。

極低的柵極電荷： 總柵極電荷QG?僅為672nC，這降低了驅(qū)動(dòng)功率要求，允許更陡峭的驅(qū)動(dòng)脈沖，從而減少開(kāi)關(guān)損耗。

體二極管特性： SiC MOSFET的體二極管反向恢復(fù)電荷Qrr?極小，這對(duì)于DAB中經(jīng)常出現(xiàn)的電流換流過(guò)程非常有利，減少了硬開(kāi)關(guān)瞬間的電流尖峰。

4.2 死區(qū)時(shí)間（Dead Time）的計(jì)算與補(bǔ)償

死區(qū)時(shí)間是為了防止橋臂直通而設(shè)置的。然而，在DAB中，死區(qū)時(shí)間也是實(shí)現(xiàn)ZVS的關(guān)鍵窗口。過(guò)大的死區(qū)會(huì)導(dǎo)致電流過(guò)早反向，破壞ZVS條件；過(guò)小則可能導(dǎo)致直通或無(wú)法完全抽取結(jié)電容Coss?的電荷。

死區(qū)計(jì)算公式：

理論最小死區(qū)時(shí)間tdead?應(yīng)滿足：

tdead?≥td(off)?+tf?+Iload_min?Coss(eq)??Vbus??

其中，Coss(eq)?是橋臂等效輸出電容（考慮上下管），Iloadm?in?是滯后橋臂在死區(qū)開(kāi)始時(shí)的電感電流瞬時(shí)值[20]。對(duì)于SiC器件，由于Coss?具有強(qiáng)非線性且隨電壓變化，精確計(jì)算需積分電荷量。

死區(qū)效應(yīng)與補(bǔ)償：

死區(qū)不僅影響ZVS，還會(huì)導(dǎo)致電壓波形畸變（電壓極性翻轉(zhuǎn)延遲），進(jìn)而造成實(shí)際移相角與指令值產(chǎn)生偏差。這種偏差會(huì)導(dǎo)致功率傳輸誤差，特別是在高頻下，幾十納秒的誤差都會(huì)顯著影響精度。

補(bǔ)償算法： 在數(shù)字控制中，需根據(jù)電流極性動(dòng)態(tài)調(diào)整PWM的比較值（CMPA/CMPB）。如果電流為正，實(shí)際脈寬會(huì)被死區(qū)“吞噬”，因此需要在指令中增加死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償量；反之則減小。

5. SST中DAB的系統(tǒng)級(jí)控制策略

在SST應(yīng)用中，DAB不僅僅是一個(gè)獨(dú)立的變換器，而是級(jí)聯(lián)系統(tǒng)中的一環(huán)。

5.1 輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)（ISOP）電壓平衡控制

SST的中壓側(cè)通常由多個(gè)DAB模塊輸入串聯(lián)而成。由于模塊參數(shù)（如漏感、電容容值）的不一致，輸入電壓（電容電壓）會(huì)自動(dòng)發(fā)散，導(dǎo)致個(gè)別模塊過(guò)壓。因此，**輸入電壓均壓（Input Voltage Sharing, IVS）**控制是必須的。

解耦控制架構(gòu)：

輸出電壓環(huán)（由總功率決定）： 所有的DAB模塊共享一個(gè)總的輸出電壓環(huán)，該環(huán)路輸出一個(gè)公共的移相角指令Dcommon?，用于調(diào)節(jié)總的輸出電壓或電流。

輸入均壓環(huán)（由個(gè)體差異決定）： 每個(gè)模塊i都有一個(gè)獨(dú)立的均壓環(huán)。該環(huán)路檢測(cè)本模塊的輸入電壓Vin,i?與平均輸入電壓Vin,avg?的差值。

ΔVin,i?=Vin,i??N1?∑k=1N?Vin,k?

該誤差經(jīng)過(guò)一個(gè)比例（P）或比例積分（PI）控制器，生成微調(diào)移相量Δdi?。

最終指令合成：

di?=Dcommon?+Δdi?

邏輯分析： 如果某模塊輸入電壓過(guò)高，說(shuō)明其阻抗相對(duì)較大或處理功率不足。增加該模塊的移相角Δdi?（假設(shè)在單調(diào)區(qū)）會(huì)增加其傳輸功率，從而從輸入電容抽取更多電流，使其電壓下降，達(dá)到平衡。

5.2 軟啟動(dòng)（Soft-Start）控制算法

DAB直接啟動(dòng)會(huì)產(chǎn)生巨大的勵(lì)磁涌流和電容充電沖擊電流，可能瞬間擊穿SiC器件。SST的啟動(dòng)必須遵循嚴(yán)格的時(shí)序。

三階段軟啟動(dòng)策略：

階段一：開(kāi)環(huán)占空比斜坡（Open Loop Duty Ramp）：

此時(shí)副邊全橋所有開(kāi)關(guān)保持關(guān)斷（利用體二極管整流）或同步整流但不移相。

原邊全橋開(kāi)始發(fā)波，但占空比D從0緩慢增加到50%。這限制了施加在變壓器上的伏秒積，防止磁芯飽和與電流過(guò)沖。

階段二：移相角斜坡（Phase Shift Ramp）：

當(dāng)副邊電壓建立到一定水平，副邊開(kāi)始發(fā)波，且初始移相角為0。

隨后，移相角?按預(yù)設(shè)斜率線性增加，直到達(dá)到閉環(huán)控制所需的初始值。

階段三：閉環(huán)切入（Closed Loop Handover）：

當(dāng)輸出電壓接近設(shè)定值，且系統(tǒng)狀態(tài)穩(wěn)定后，激活PI控制器，接管移相角的控制權(quán)。此時(shí)需預(yù)置PI積分器的初值，以防止控制跳變（Bump）。

6. 基于TI C2000 MCU的經(jīng)典代碼實(shí)現(xiàn)

數(shù)字控制器的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)直接決定了DAB的性能。TI的C2000系列（如TMS320F28379D, F280049C）憑借其高分辨率PWM（HRPWM）和強(qiáng)大的DSP核，是實(shí)現(xiàn)DAB控制的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)。

6.1 ePWM模塊配置核心邏輯

實(shí)現(xiàn)移相控制的核心在于利用ePWM模塊的**同步（Synchronization）與相位加載（Phase Loading）**功能。

計(jì)數(shù)模式： 必須使用增減計(jì)數(shù)模式（Up-Down Count Mode） 。這不僅能產(chǎn)生對(duì)稱的PWM波形，減少諧波，還能保證在計(jì)數(shù)器零點(diǎn)和周期點(diǎn)更新寄存器，便于實(shí)現(xiàn)雙邊調(diào)制。

同步鏈： 原邊主橋（Master, 如ePWM1）配置為在CTR=0時(shí)發(fā)出同步脈沖（SYNCOUT）。副邊從橋（Slave, 如ePWM2）配置為在接收到SYNCIN時(shí)，將相位寄存器（TBPHS）的值加載到計(jì)數(shù)器（TBCTR）中。

TBPHS計(jì)算公式： 在增減計(jì)數(shù)模式下，一個(gè)完整的PWM周期包含2×TBPRD個(gè)時(shí)鐘周期。因此，180度的移相對(duì)應(yīng)的時(shí)間計(jì)數(shù)值為TBPRD。

TBPHS_Ticks=180.0Phase_Degree?×TBPRD

注意：C2000的TBPHS寄存器行為受PHSDIR（相位方向）位控制。若要滯后（Lag），通常設(shè)置PHSDIR=1（向上計(jì)數(shù)）或加載特定的計(jì)數(shù)值。

6.2 經(jīng)典C代碼結(jié)構(gòu)

以下代碼展示了基于C2000的DAB控制核心部分的實(shí)現(xiàn)，包含結(jié)構(gòu)體定義、移相更新函數(shù)以及控制中斷服務(wù)程序（ISR）。

6.2.1 控制結(jié)構(gòu)體定義

為了代碼的可移植性和清晰度，采用結(jié)構(gòu)體封裝DAB的狀態(tài)變量。

C

typedef struct {

// 測(cè)量值

float32_t V_out_meas; // 輸出電壓采樣

float32_t V_in_meas; // 輸入電壓采樣

float32_t I_out_meas; // 輸出電流采樣

// 設(shè)定值

float32_t V_out_ref; // 目標(biāo)輸出電壓

// 控制輸出

float32_t phase_shift_ratio; // 歸一化移相比 d (-0.5 to 0.5)

uint16_t tbphs_ticks; // 寫入寄存器的計(jì)數(shù)值

// PI控制器狀態(tài)變量

float32_t err;

float32_t inte; // 積分項(xiàng)

float32_t Kp;

float32_t Ki;

float32_t out_max;

float32_t out_min;

// 軟啟動(dòng)狀態(tài)

uint16_t soft_start_state; // 0: Idle, 1: Duty Ramp, 2: Phase Ramp, 3: Run

float32_t duty_ramp_val;

} DAB_Control_t;

DAB_Control_t dabCtrl;

6.2.2 移相更新函數(shù) (Update Phase Shift)

此函數(shù)負(fù)責(zé)將計(jì)算出的移相角轉(zhuǎn)換為硬件寄存器值，并處理方向位。這是實(shí)現(xiàn)SPS/EPS調(diào)制的底層驅(qū)動(dòng)核心。

C

// 更新ePWM2相對(duì)于ePWM1的移相角

// phase_ratio范圍: -0.5 (反向最大功率) 到 +0.5 (正向最大功率)

void DAB_UpdatePhase(float32_t phase_ratio) {

uint16_t period = EPwm1Regs.TBPRD;

int32_t shift_ticks;

// 1. 限幅保護(hù)

if (phase_ratio > 0.5f) phase_ratio = 0.5f;

if (phase_ratio < -0.5f) phase_ratio = -0.5f;

// 2. 計(jì)算計(jì)數(shù)值 (Up-Down Mode: 180度 = TBPRD)

// 假設(shè) phase_ratio = 0.5 對(duì)應(yīng) 90度移相

shift_ticks = (int32_t)(phase_ratio * 2.0f * (float32_t)period); // ratio 0.5 -> 1.0 * TBPRD???

// 修正公式: 移相角phi = pi * d. d=0.5 -> phi=pi/2 (90度).

// 180度對(duì)應(yīng)TBPRD. 所以90度對(duì)應(yīng) TBPRD/2.

// 公式應(yīng)為: ticks = ratio * 2 * (TBPRD)??? 不，推導(dǎo)如下：

// 全周期 = 360度 = 2*TBPRD.

// ratio = 1.0 對(duì)應(yīng) 180度 (SPS最大范圍通常只到90度即ratio=0.5)

// 這里的ratio定義為 d = phi/pi. d=0.5 -> phi=pi/2.

// 對(duì)應(yīng)時(shí)間 = (0.5 * pi) / (2*pi) * T_period = 1/4 T_period.

// T_period (ticks) = 2 * TBPRD.

// 所以 ticks = 1/4 * 2 * TBPRD = 0.5 * TBPRD.

shift_ticks = (int32_t)(phase_ratio * (float32_t)period); // 正確公式

// 3. 寫入寄存器并處理方向

// C2000的TBPHS加載邏輯: 當(dāng)SYNC信號(hào)到來(lái)時(shí), CTR = TBPHS.

// 為了實(shí)現(xiàn)滯后(Lag), 從機(jī)在同步時(shí)刻應(yīng)加載一個(gè)較小的值或改變計(jì)數(shù)方向

if (shift_ticks >= 0) {

// 正向移相 (原邊超前副邊)

EPwm2Regs.TBPHS.bit.TBPHS = shift_ticks;

EPwm2Regs.TBCTL.bit.PHSDIR = 1; // Count Up after Sync (相當(dāng)于滯后)

} else {

// 反向移相

EPwm2Regs.TBPHS.bit.TBPHS = -shift_ticks;

EPwm2Regs.TBCTL.bit.PHSDIR = 0; // Count Down after Sync

}

// 關(guān)鍵：?jiǎn)⒂糜白蛹拇嫫骷虞d，防止波形抖動(dòng)

// 這一步通常在初始化中配置: TBCTL2.bit.PRDLDSYNC = 1;

}

6.2.3 控制中斷服務(wù)程序 (ISR)

控制回路通常在ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷中執(zhí)行。對(duì)于ISOP系統(tǒng)，還需在此處加入均壓算法。

C

#define ISR_FREQ 100000.0f // 100kHz

#define TS (1.0f/ISR_FREQ)

__interrupt void dab_control_isr(void) {

// 1. 讀取ADC采樣值并歸一化

dabCtrl.V_out_meas = (float32_t)AdcResultRegs.ADCRESULT0 * ADC_PU_SCALE;

dabCtrl.V_in_meas = (float32_t)AdcResultRegs.ADCRESULT1 * ADC_PU_SCALE;

// 2. 狀態(tài)機(jī)邏輯

if (dabCtrl.soft_start_state == 1) {

// 軟啟動(dòng)階段1: 占空比斜坡 (EPS模式啟動(dòng))

dabCtrl.duty_ramp_val += 0.0001f;

if (dabCtrl.duty_ramp_val >= 0.5f) {

dabCtrl.duty_ramp_val = 0.5f;

dabCtrl.soft_start_state = 2; // 進(jìn)入移相斜坡

}

// 更新原邊占空比寄存器 (CMPA/CMPB)

uint16_t cmp_val = (uint16_t)((1.0f - dabCtrl.duty_ramp_val) * EPwm1Regs.TBPRD);

EPwm1Regs.CMPA.bit.CMPA = cmp_val;

EPwm1Regs.CMPB.bit.CMPB = cmp_val; // 對(duì)稱

} else if (dabCtrl.soft_start_state == 2) {

// 軟啟動(dòng)階段2: 移相角斜坡 (SPS模式, Duty=50%)

dabCtrl.phase_shift_ratio += 0.0001f;

if (dabCtrl.V_out_meas >= (dabCtrl.V_out_ref * 0.9f)) {

dabCtrl.soft_start_state = 3; // 切換到閉環(huán)

// PI積分器初始化, 保證無(wú)擾切換

dabCtrl.inte = dabCtrl.phase_shift_ratio;

}

DAB_UpdatePhase(dabCtrl.phase_shift_ratio);

} else {

// 3. 穩(wěn)態(tài)閉環(huán)控制 (電壓環(huán))

dabCtrl.err = dabCtrl.V_out_ref - dabCtrl.V_out_meas;

// 比例項(xiàng)

float32_t p_out = dabCtrl.Kp * dabCtrl.err;

// 積分項(xiàng) (帶抗飽和)

dabCtrl.inte += dabCtrl.Ki * dabCtrl.err * TS;

if (dabCtrl.inte > dabCtrl.out_max) dabCtrl.inte = dabCtrl.out_max;

if (dabCtrl.inte < dabCtrl.out_min) dabCtrl.inte = dabCtrl.out_min;

// ISOP 均壓前饋 (假設(shè)有兩模塊, Vin_total已知)

// float32_t v_bal_term = K_bal * (dabCtrl.V_in_meas - (V_in_total * 0.5f));

// 平衡邏輯: 模塊電壓高 -> 增加移相角 -> 增加功率輸出 -> 泄放電容能量

float32_t total_out = p_out + dabCtrl.inte; // + v_bal_term;

// 輸出限幅

if (total_out > dabCtrl.out_max) total_out = dabCtrl.out_max;

if (total_out < dabCtrl.out_min) total_out = dabCtrl.out_min;

dabCtrl.phase_shift_ratio = total_out;

// 4. 更新硬件

DAB_UpdatePhase(dabCtrl.phase_shift_ratio);

}

// 5. 清除中斷標(biāo)志

AdcRegs.ADCINTFLGCLR.bit.ADCINT1 = 1;

PieCtrlRegs.PIEACK.all = PIEACK_GROUP1;

}

7. 仿真與模型驗(yàn)證

在硬件實(shí)現(xiàn)之前，基于模型的開(kāi)發(fā)（MBD）是驗(yàn)證控制算法的關(guān)鍵步驟。推薦使用MATLAB/Simulink或PLECS進(jìn)行仿真。

模型搭建： 使用Simscape Electrical庫(kù)中的基本半導(dǎo)體MOSFET模塊搭建功率級(jí)，變壓器需包含漏感參數(shù)。

數(shù)字控制仿真： 推薦使用Simulink的C2000 Microcontroller Blockset。可以直接使用ePWM模塊進(jìn)行配置，并在仿真環(huán)境中驗(yàn)證死區(qū)設(shè)置和移相邏輯是否正確29。

ISOP驗(yàn)證： 搭建兩個(gè)串聯(lián)輸入的DAB模塊，人為引入?yún)?shù)不一致（如Lk1?=Lk2?），驗(yàn)證均壓環(huán)路是否能將兩個(gè)輸入電容電壓鉗位在Vin?/2。

8. 結(jié)論

深圳市傾佳電子有限公司（簡(jiǎn)稱“傾佳電子”）是聚焦新能源與電力電子變革的核心推動(dòng)者：
傾佳電子成立于2018年，總部位于深圳福田區(qū)，定位于功率半導(dǎo)體與新能源汽車連接器的專業(yè)分銷商，業(yè)務(wù)聚焦三大方向：
新能源：覆蓋光伏、儲(chǔ)能、充電基礎(chǔ)設(shè)施；
交通電動(dòng)化：服務(wù)新能源汽車三電系統(tǒng)（電控、電池、電機(jī)）及高壓平臺(tái)升級(jí)；
數(shù)字化轉(zhuǎn)型：支持AI算力電源、數(shù)據(jù)中心等新型電力電子應(yīng)用。
公司以“推動(dòng)國(guó)產(chǎn)SiC替代進(jìn)口、加速能源低碳轉(zhuǎn)型”為使命，響應(yīng)國(guó)家“雙碳”政策（碳達(dá)峰、碳中和），致力于降低電力電子系統(tǒng)能耗。代理并力推BASiC基本半導(dǎo)體SiC碳化硅MOSFET單管，BASiC基本半導(dǎo)體SiC碳化硅MOSFET功率模塊，BASiC基本半導(dǎo)體SiC模塊驅(qū)動(dòng)板等功率半導(dǎo)體器件以及新能源汽車連接器。

SST中的DAB變換器控制是一個(gè)涉及多物理場(chǎng)、多時(shí)間尺度的復(fù)雜工程。從底層的SiC器件驅(qū)動(dòng)與死區(qū)補(bǔ)償，到中層的SPS/TPS調(diào)制算法，再到頂層的ISOP均壓與軟啟動(dòng)策略，每一個(gè)環(huán)節(jié)都決定了最終系統(tǒng)的效率與可靠性。

通過(guò)深入分析BASiC Semiconductor的SiC模塊特性，結(jié)合TI C2000強(qiáng)大的數(shù)字控制能力，提供了一套完整的工程實(shí)現(xiàn)路徑。SPS調(diào)制雖然經(jīng)典，但在SST的高壓大功率場(chǎng)景下，必須結(jié)合EPS/TPS優(yōu)化以及VFM變頻控制來(lái)應(yīng)對(duì)輕載效率挑戰(zhàn)。同時(shí)，提供的C代碼框架解決了最棘手的移相寄存器配置與時(shí)序同步問(wèn)題，為實(shí)際工程開(kāi)發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。未來(lái)的研究方向?qū)⒏嗑劢褂诨贏I的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制（如強(qiáng)化學(xué)習(xí)）在DAB全工況尋優(yōu)中的應(yīng)用。

審核編輯 黃宇