Voltage gain analysis and optimization modulation strategy of single-stage dual active bridge AC-DC converter

WANG Yaoqiang; YAN Wuqing; NIE Fuquan; LIU Wenjun; LIANG Jun

doi:10.16081/j.epae.202504010

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Voltage gain analysis and optimization modulation strategy of single-stage dual active bridge AC-DC converter

Electric Power Automation Equipment Vol. 45, Issue 9, Pages: 103-109(2025)

SPECIAL COLUMN：POWER ELECTRONICS APPLICATION | 更新时间：2025-09-09

- Voltage gain analysis and optimization modulation strategy of single-stage dual active bridge AC-DC converter
- 作者机构：
  
  1.郑州大学电气与信息工程学院，河南郑州 450001
  2.河南省电力电子与电力系统工程技术研究中心，河南郑州 450001
  3.河南科技学院机电学院，河南新乡 453003
  4.卡迪夫大学工程学院，英国卡迪夫 CF24 3AA
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  the National Natural Science Foundation of China(51507155;52007171);the Central Government Guide Local S&T Development Fund Project(2022ZY0134)
- DOI：10.16081/j.epae.202504010
  CLC： TM46
- Received：12 July 2024，
  
  Revised：2025-02-12，
  
  Published Online：18 April 2025，
  
  Published：10 September 2025
- 稿件说明：
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王要强,闫武庆,聂福全等.单级式双有源桥型AC-DC变换器电压增益分析及优化调制策略[J].电力自动化设备,2025,45(09):103-109.

WANG Yaoqiang,YAN Wuqing,NIE Fuquan,et al.Voltage gain analysis and optimization modulation strategy of single-stage dual active bridge AC-DC converter[J].Electric Power Automation Equipment,2025,45(09):103-109.
王要强,闫武庆,聂福全等.单级式双有源桥型AC-DC变换器电压增益分析及优化调制策略[J].电力自动化设备,2025,45(09):103-109. DOI： 10.16081/j.epae.202504010.

WANG Yaoqiang,YAN Wuqing,NIE Fuquan,et al.Voltage gain analysis and optimization modulation strategy of single-stage dual active bridge AC-DC converter[J].Electric Power Automation Equipment,2025,45(09):103-109. DOI： 10.16081/j.epae.202504010.

摘要

为了解决单级式双有源桥型AC-DC变换器在宽电压范围内软开关范围受限和漏感电流峰值较大的问题，提出一种计及电压增益的扩展移相变频调制策略。分析了副边侧扩展移相调制在宽电压范围内存在的漏感电流峰值较大的问题，继而提出一种计及电压增益的双模式调制；在此基础上，分析升压与降压模式的软开关条件，通过约束特定开关管开通时刻的漏感电流值，推导得出移相比和开关频率的数学表达式。该调制策略可以实现全范围软开关，并且能在一定程度上减小漏感电流峰值。通过仿真和实验证明了所提调制策略的可行性。

Abstract

In order to solve the problems of limited soft switching range and large peak leakage inductance current in a wide voltage range of single-stage dual active bridge（DAB） AC-DC converter，an extended phase shift variable frequency modulation strategy considering voltage gain is proposed. The problem of large peak leakage inductance current in a wide voltage range of the secondary side extended phase shift modulation is analyzed，and then a dual mode modulation considering the voltage gain is proposed. On this basis，the soft switching conditions of the boost mode and the buck mode are analyzed，and the mathematical expressions of shift ratio and switching frequency are derived by constraining the leakage inductance current value at particular turn-on moments of switches. The modulation strategy enables full range soft switching and reduces the peak leakage inductance current to some extent. The feasibility of the proposed modulation strategy is proved by simulation and experimental verification.

关键词

Keywords

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