DAB 双有源全桥 — 双向能量路由的标准方案

先把结构看成一个“两个全桥通过高频变压器和漏感耦合”的能量路由器，再看下面的简图就不会把它误读成普通单向 PSFB。

• 两个全桥 H1(Q1A/B/C/D)+ H2(Q2A/B/C/D)
• 中间高频变压器 T(隔离 + 升降压比 n)
• 漏感 Llk(变压器漏感 + 外加电感)
• 两个全桥都用 MOSFET(SiC 750V/1200V 主流),没有二极管 → 双向

PSFB 副边是二极管整流(单向),DAB 副边是 MOSFET 全桥(双向)。这就是为什么 V2G 必须 DAB——能量从车反送到电网时,PSFB 副边二极管阻断。

H1 全桥用方波电压 ±V1 驱动变压器原边,H2 全桥用方波电压 ±V2 驱动副边,两者相对相位 φ 决定功率。

• φ > 0: H1 超前 H2 → 原边送能到副边(正向)
• φ = 0: 无功率传输
• φ < 0: H2 超前 H1 → 副边送能到原边(反向)

SPS 的关键不是“有公式”，而是这个公式直接说明了 DAB 为什么能只靠相位差就决定功率方向和大小。

• 最大功率在 φ = π/2: $Pmax=\frac{nV1V2}{8fswLlk}$
• φ ∈ [-π/2, π/2] 是常用工作区
• 双向能力:仅改 φ 符号即换方向

DAB 的 ZVS 来自原边电流通过 Llk 给 Coss 充放电,与 PSFB 类似但双边都需要 ZVS:

• 原边 ZVS:Ip 在 H1 换流瞬间足够大 + 极性正确
• 副边 ZVS:Is 在 H2 换流瞬间足够大 + 极性正确

全负载 ZVS 的关键条件: V1 = n · V2(电压完美匹配)。失配时:

• V1 > n·V2: H1 失 ZVS
• V1 < n·V2: H2 失 ZVS
• 偏离越多,丢 ZVS 区域越宽

实务:EV 应用电池电压 V2 在 250-450V(SOC 影响)变化,电压完美匹配几乎不可能 → SPS 在轻载 + 电压失配时丢 ZVS 严重 → DPS / TPS 解决这个问题。

DPS 双移相控制策略通过引入两个独立的移相角度，显著扩展了系统的控制自由度。这使得在实现全桥内部的 ZVS 软开关的同时，还能灵活调节两全桥之间的功率传输，从而优化整体效率和动态响应。

• 一个内移相 φ_1(全桥内上下管)
• 一个外移相 φ_2(两全桥之间)
• 共 2 个变量 → 解空间扩大,可以同时调功率和 ZVS 边界

效果:轻载 ZVS 范围扩大约 3 倍。

TPS 的本质是继续增加控制自由度，把“传多少功率”和“在哪个换流点保住 ZVS”拆开处理。

• 原边内移相 φ_1
• 副边内移相 φ_2
• 两全桥外移相 φ_3
• 共 3 个变量 → 全负载 ZVS + 最小无功电流

效果:DAB 全工况最优,但优化算法复杂(实时计算 3 个变量)+ 控制带宽降。

工程实务:用预计算 LUT(查找表)替代实时优化——根据 V1, V2, P_target 查表得到 φ_1, φ_2, φ_3。控制简化,效率与 TPS 接近。

如果把这些移相策略放到量产项目里看，真正需要比较的不是“谁最先进”，而是效率收益是否值得那一层控制复杂度。

DAB 的变压器原副边都加 LC 谐振 → 共 5 个谐振元件(C-L-L-L-C),即 CLLLC。

• 原边 Lr1 + Cr1
• 变压器 + 励磁电感 Lm
• 副边 Lr2 + Cr2

CLLLC 的优势主要来自谐振网络把换流过程变得更柔和，因此它赢的不是某一个指标，而是一整组高频工作条件下的系统表现。

• 全负载 ZVS / ZCS(谐振换流,比 SPS 的纯漏感谐振更广)
• EMI 改善(谐振电流近正弦)
• 功率密度提升(谐振参与升降压,降低变压器尺寸)

代价也必须成组看：元件数、调试难度和控制带宽是一起上升的，不是只多两个电容这么简单。

• 5 个谐振元件,双向对称设计 → 元件成本 + 调试复杂
• 控制变频(类 LLC),频率范围 100-300 kHz

CLLLC 是硬件优化(加谐振元件简化控制),DAB-TPS 是控制优化(算法补偿)。EV V2G 高端方案两者都有,中端一般 DAB-EPS-LUT。

V2G OBC 是 DAB 最典型的量产场景，因为它同时要求双向潮流、隔离和宽电池电压范围。

• 典型规格:7-22 kW 双向,V1 = 800V (DC bus), V2 = 250-450V (battery)
• 拓扑:PFC + DAB(无 LLC,直接 DAB)
• 代表量产:Tesla Powerwall 充电桩、比亚迪 V2X-LITE、福特 F-150 Lightning 双向充电
• 控制:DAB-EPS-LUT(成本敏感)或 CLLLC(高端)

储能 PCS 选择 DAB 的原因和车载不同，它更看重模块化并联之后的双向调度能力和中高压适配性。

• 典型规格:50-500 kW,V1 = 1500V (PV+电池), V2 = 400V (LV 母线 / AC 输出前级)
• 拓扑:多模块 DAB 并联 + 后级三相逆变器
• 控制:DAB-TPS + 模块均流

SST 场景把 DAB 的优势放大得最明显，因为这里对隔离、双向和高频小型化的需求是同时成立的。

• 典型规格:25 kV / 1500V 高压侧 ↔ 800V/400V 低压侧
• 拓扑:高压侧 MMC(模块化多电平)+ DAB 隔离级 + 低压侧逆变器
• 代表项目:ABB SST、ETH FREEDM
• 优势:体积比传统 50/60Hz 变压器小 70-80%,频率响应快

V1 ≠ n·V2 时,SPS 控制下变压器原副边方波电压幅值不匹配 → 漏感上电流不再是纯三角波,而是有直流偏置 + 大无功分量。这导致:

• 原边 / 副边电流峰值大 → 器件应力大
• 同样输出功率下 RMS 电流大 → 铜损 + 开关损耗都大

实务:V1 / V2 偏差超 ±10% 必须 DPS 以上。

DAB 死区设计与 PSFB 类似但更严:

• 死区不够 → 桥臂直通(SiC 反向恢复仍非零)
• 死区过长 → 反向激励 + 体二极管导通损耗
• 实务:SiC DAB 死区 200-300 ns,带自适应

Llk 同时是:

• ZVS 谐振电感(必须有 + 越大越好 ZVS)
• 功率限流元件(P ∝ 1/Llk → 越大功率越小)

这是矛盾的——所以 Llk 不能"自然漏感",必须在变压器外加专用电感 精确设计。典型 5-50 µH。

DAB 双向工作,电流方向检测必须高速准确——用于:

• ZVS 自适应死区
• 同步整流时序
• 能量方向监控

实务:用霍尔电流传感器 + 高速 ADC,采样率 ≥ 5 × fsw。

冷启动 V1 = Vbus, V2 = V_battery,但变压器中点电压瞬态可能超 Vmax → 必须预充电 + 软启动相位 ramp(φ 从 0 缓慢升到稳态)。