DAB 变换器为什么既要软开关又要省电流，两个目标天生打架

双有源桥变换器（DAB）是固态变压器里最核心的一级。它一头接中压直流母线，一头接低压直流输出，中间靠一个高频变压器做隔离。频率一高，变压器就能做小，这是 SST 能把工频变压器甩掉的前提。

可频率越高，开关损耗越重，效率越难守。于是大家都盯着两个指标：让所有开关都实现零电压开通（ZVS），别在电压没降下来的时候硬切；同时把电感电流的峰值压下去，减少导通损耗。听上去是两件顺理成章的事，做起来才知道，这两个目标经常打架。

要 ZVS，得保证开关导通前有足够的反向电流，把结电容里的电荷抽干。电流太小，抽不干净；要省导通损耗，又巴不得电流越小越好。一个要电流够大，一个要电流够小，硬顶上了。

移相角是唯一的旋钮，可旋钮不够用

DAB 传多少功率，靠的是原副边两个桥之间错开一个相位。错开的角度大，功率就大。最简单的做法是单一移相（SPS），只调这一个角度。

SPS 的毛病在轻载时暴露得最彻底。轻载下移相角小，电感电流峰值低，导通损耗是省了，可电流根本不够把开关的结电容抽干，ZVS 直接失效。于是开关损耗反扑，效率反而掉下去。反过来，在电压不匹配、重载的时候，SPS 又会带来明显的环流，电流峰值被白白抬起来，导通损耗又上去了。

所以后来的工作都在给这只旋钮加码。双移相（DPS）、扩展移相（EPS）、三重移相（TPS），自由度的数量一个比一个多。TPS 是这里面最全的，原边两个桥臂各有一个占空比，再叠加原副边之间的移相角，三个变量一起调，SPS、DPS、EPS 都只是它的特例。

变量多了，解空间也大了。同样传一份功率，三个变量的组合有无数种，怎么挑出电流最小、又保证全部开关 ZVS 的那一组，就成了问题。

一个调制因子，把两个目标缝在一起

一篇发表在 Applied Sciences 上的工作把这个问题当成一个有约束的最优化来解。作者把传功率的要求写成等式约束，把 ZVS 条件和运行模式边界写成不等式约束，然后用 KKT 条件去求最优的移相参数组合。

关键在于，他们在轻载区引入了一个调制因子 λ，取值范围在 0 到 1 之间。这个因子的作用，是在"电流峰值最低"和"电流够大、保证 ZVS"之间做一个明确的权衡。λ 取大，电流峰值压得更低；λ 取小，留给开关抽电荷的电流更充裕。

这中间有个细节值得说。DAB 在轻载时，如果一味追求最小电流峰值，会有部分开关落入零电流开关（ZCS）的状态。ZCS 虽然能省掉关断损耗，可它同时意味着这些开关开通时没有反向电流，结电容里的电荷会以热的形式散掉。所以 ZCS 是省了关断、赔了开通，并不划算。引入 λ 的意义，就是主动放弃一点"电流最小"的极致，换回全部开关的 ZVS。

论文用一台 1176 瓦的实验样机验证。结果是在整个负载范围内，所有开关都实现了 ZVS，同时电流峰值保持在低位。轻载区相比传统方案，降压模式效率最高提升 2.2%，升压模式最高提升 2.0%，峰值效率做到 96.5%。

图1　三重移相下 DAB 的三个控制自由度：原边占空比、副边占空比与移相角（依据原文第 2 节绘制）

八种运行模式，真正有用的只有四种

三重移相的自由度上去之后，DAB 会进入不同的运行模式。论文梳理出八种，但并不是每种都值得用。

区分的关键，是看原边和副边电压有没有同极性的区间。八种模式里有四种，两边的电压始终反相，意味着能量不能从原边直接传到副边，只能靠电感先存起来、再放出去。这种"先存后放"的方式，电流峰值被显著抬高，导通损耗跟着涨。所以对正向功率传输来说，这四种模式基本没有实用价值。

剩下四种才有优化空间。而最优的移相参数组合，往往恰好落在某两种模式的边界上。这个现象很有意思：最优点不是躲在某个模式内部，而是贴着边界走。理解这一点，比记住一堆公式更重要，它说明 DAB 的最优调制，本质是在不同模式之间找到那条损耗最低的临界路径。

ZVS 到底怎么才算成立，说法有三种

判断一个开关是不是真的实现了 ZVS，工程上其实有三套口径。

能量法（EB ZVS）最严格，看电感里存的能量够不够把结电容的电放完；电荷法（QB ZVS）看的是开关两端的电荷能不能被反向电流转移干净；电流法（CB ZVS）最简略，只看导通那一刻电流的方向对不对。

三套口径里，电流法理论上精度最低，但工程可行性最好，数字控制器里容易落地。论文里的 ZVS 判据，就是用电流方向来简化的。这种做法有它的道理：对 SiC MOSFET 来说，结电容比硅器件小得多，达成 ZVS 所需要的开关电流阈值更低，用电流法做近似，误差在可接受范围内。

这也是为什么 DAB 和宽禁带器件是天然一对。SiC 结电容小，ZVS 更容易达成，开关频率还能往上抬。频率一上去，同一个功率对应的变压器磁芯和绕组都能缩，功率密度就出来了。

图2　五种调制策略的 ZVS 覆盖范围对比：仅提出的方案在全负载全电压增益下实现全开关 ZVS（依据原文第 4 节仿真结果绘制）

不换拓扑，只在软件里做文章

值得注意的一点是，这套方法没有动 DAB 的拓扑。它不需要额外加开关、加电感、加电容，纯粹靠改变三个移相变量的取值来达到效果。

这一点对工程落地很关键。改拓扑意味着成本上升、复杂度上升，还要重新走一遍可靠性验证。只在调制策略上做文章，软件一改就能迁移到现有平台上，可移植性好得多。

代价是计算量。要在数字控制器里实时解出最优的三个变量，需要先离线把最优轨迹算好，在线时靠查表或近似公式来执行。论文的处理方式，是把最优解整理成随功率和电压增益变化的轨迹，再固化下来，避免了在线做复杂优化的负担。

对做固态变压器的人来说，这篇文章给了一个清晰的信号：DAB 的效率瓶颈，很多时候不是器件不够好，也不是拓扑不够新，而是调制策略没有把 ZVS 和电流应力这两件事放在一起算总账。分开优化，永远只能顾一头；合并成一个带约束的优化问题，才可能两头都捞着。

- 内容来源：Applied Sciences 期刊开放获取论文

- 原文标题：An Enhanced Integrated Optimization Strategy for Wide ZVS Operation and Reduced Current Stress Across the Full Load Range in DAB Converters

- 作者：Yiming Zhang、Xuhong Wang、Dong Zhang（北京工业大学信息科学与技术学院）

- 期刊：Applied Sciences 2025, 15(13), 7413

- 原文链接：https://doi.org/10.3390/app15137413

- 许可协议：CC BY 4.0（开放获取）

- 配图说明：图 1、图 2 依据原文第 2、4 节内容自行绘制，为原理示意，非原文原图复制

- 改动声明：本文是对原文的技术编译与解读，用于中文技术传播；文中数据均取自原文，标题与行文为原创

来源：21ic电子网 / 作者：Ayase