This article presents a bidirectional isolated DC‐DC dual active bridge (DAB) converter, with an improved control strategy under constant power load (CPL) conditions. Major applications of DAB are in solid‐state transformers (SSTs), energy storage systems, dc‐microgrid, and electric vehicle, where it feeds other converters, which act as a CPLs. CPLs have negative impedance characteristics, thereby, have a destabilizing effect and impact the dynamics and stability of power converters feeding them. Maintaining the dc‐link stability and obtaining a robust control with enhanced dynamic performance is a significant challenge. This paper proposes a sliding mode control method for DAB feeding CPL in its output dc‐link. A sliding mode controller is designed to employ direct power control and maintain a constant output voltage in dc‐link for various loading conditions. Additionally, to remove the output current sensor, an output current observer is proposed for improving the reliability and decreasing the cost. The proposed method improves the transient performance, with robust control over parameter mismatch when CPL is connected to the dc‐link. The transient performance and output voltage regulation with the proposed control technique are simulated with a 3 kW DAB converter in MATLAB/Simulink environment. Furthermore, the same proposed control scheme is validated experimentally with various loading conditions.

中文翻译：

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具有恒定功率负载的双有源桥式转换器的基于滑模和电流观测器的直接功率控制

本文介绍了一种双向隔离式DC-DC双有源桥（DAB）转换器，在恒定功率负载（CPL）条件下具有改进的控制策略。DAB的主要应用是在固态变压器（SST），能量存储系统，直流微电网和电动汽车中，它为其他转换器提供电源，这些转换器充当CPL。CPL具有负阻抗特性，因此具有去稳定作用，并影响向其供电的功率转换器的动态和稳定性。保持直流链路的稳定性并获得具有增强的动态性能的鲁棒控制是一项重大挑战。本文提出了一种用于DAB在其输出直流链路中馈送CPL的滑模控制方法。滑模控制器旨在采用直接功率控制，并在直流链路中针对各种负载条件保持恒定的输出电压。另外，为了移除输出电流传感器，提出了一种输出电流观察器以提高可靠性并降低成本。当CPL连接到dc-link时，所提出的方法可以通过对参数不匹配的鲁棒控制来改善瞬态性能。在MATLAB / Simulink环境中，使用3 kW DAB转换器对采用建议的控制技术的瞬态性能和输出电压调节进行了仿真。此外，在各种负载条件下，通过实验验证了相同的建议控制方案。为了提高可靠性并降低成本，提出了一种输出电流观测器。当CPL连接到dc-link时，所提出的方法可以通过对参数不匹配的鲁棒控制来改善瞬态性能。在MATLAB / Simulink环境中，使用3 kW DAB转换器对采用建议的控制技术的瞬态性能和输出电压调节进行了仿真。此外，在各种负载条件下，通过实验验证了相同的建议控制方案。为了提高可靠性并降低成本，提出了一种输出电流观测器。当CPL连接到dc-link时，所提出的方法可以通过对参数不匹配的鲁棒控制来改善瞬态性能。在MATLAB / Simulink环境中，使用3 kW DAB转换器对采用建议的控制技术的瞬态性能和输出电压调节进行了仿真。此外，在各种负载条件下，通过实验验证了相同的建议控制方案。