本发明涉及一种基于自定义符号矩阵的双有源全桥电路化简方法。步骤包括：观测待化简的双有源全桥电路中所有开关管的驱动信号；判断是否有驱动信号相同开关管，若是，则进入下一步，若否，则无法化简；将待化简的双有源全桥电路建模成为自定义符号矩阵；将自定义符号矩阵化简为新的自定义符号矩阵；将新的自定义符号矩阵还原为新的双有源全桥电路；计算待化简的双有源全桥电路中被合并的开关管的电流路径Pold、新的双有源全桥电路中合并后的开关管的电流路径Pnew；判断Pold是否与Pnew相同，若是，则化简成功，若否，则无法化简。本发明可以在保留双有源全桥电路输出特性的基础上，化简电路，减少开关管，从而节约了成本并提高电路的能量密度。
1.一种基于自定义符号矩阵的双有源全桥电路化简方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1：观测待化简的双有源全桥电路A中各个开关管驱动信号的频率和占空比；
S2：判断是否有驱动信号的频率和占空比都相同的第一开关管Q1和第二开关管Q2，若是，则进入S3，若否，则待化简的双有源全桥电路A无法被化简；
S3：将待化简的双有源全桥电路A建模成为自定义符号矩阵Gc；具体包括以下步骤：S3.1：将待化简的双有源全桥电路A抽象成自定义符号有向图；
S3.2：将自定义符号有向图建模成自定义符号矩阵Gc；
每一个自定义符号有向图都可以被建模为唯一的自定义符号矩阵；自定义符号矩阵为N×N的矩阵，其中N为自定义符号有向图的节点数；矩阵元素aij定义为：上式中，eij是连接节点i和j的器件；c是导通因子，是非导通因子，它们只存在于开关管Q和二极管D前面，c的取值为1或0， c存在于被合并的开关管前面，然后，剩余的二极管和开关管若导通顺序与合并后的开关管相同，将c放置在它们前面；若导通顺序与合并后的开关管相反，则将 放置在它们前面；具有c的器件和具有 的器件不同时导通；双向器件在自定义符号矩阵中均存在互为对角的矩阵元素相同；
S4：将自定义符号矩阵Gc化简为新的自定义符号矩阵Gc,new；具体包括以下步骤：S4.1：将自定义符号矩阵Gc的第m行加到第i行，得到第一过渡自定义符号矩阵Gc1；
S4.2：将第一过渡自定义符号矩阵Gc1的第m列加到第i列，得到第二过渡自定义符号矩阵Gc2；
S4.3：将第二过渡自定义符号矩阵Gc2的第n行加到第j行，得到第三过渡自定义符号矩阵Gc3；
S4.4：将第三过渡自定义符号矩阵Gc3的第n列加到第j列，得到第四过渡自定义符号矩阵Gc4；
S4.5：删掉第四过渡自定义符号矩阵Gc4的第m行、第n行、第m列和第n列，并且将Q1+Q2用第三开关管Q3代替，得到新的自定义符号矩阵Gc,new；
S5：将新的自定义符号矩阵Gc,new还原为新的双有源全桥电路Anew；具体包括以下步骤：S5.1：将新的自定义符号矩阵Gc,new还原为新的自定义符号有向图；
S5.2：将新的自定义符号有向图具象为新的双有源全桥电路Anew；
S6：计算待化简的双有源全桥电路A中被合并的第一开关管Q1、第二开关管Q2的电流路径Pold，再计算新的双有源全桥电路Anew中合并后的第三开关管Q3的电流路径Pnew；具体包括以下步骤：
S6.1：求出自定义符号矩阵Gc中第i行第j列的元素aij的余子式Mij、第j行第i列的元素aji的余子式Mji、第m行第n列的元素amn的余子式Mmn、第n行第m列的元素anm的余子式Mnm；
S6.2：计算待化简的双有源全桥电路A中被合并的第一开关管Q1、第二开关管Q2的电流路径Pold＝aijMij+ajiMji+amnMmn+anmMnm；
S6.3：求出新的自定义符号矩阵Gc,new中第i行第j列的元素aij的余子式Mij和第j行第i列的元素aji的余子式Mji；
S6.4：计算新的双有源全桥电路Anew中合并后的第三开关管Q3的电流路径Pnew＝aijMij+ajiMji；
S7：判断Pold是否与Pnew相同，若是，则新的双有源全桥电路Anew即为化简后的双有源全桥电路，若否，则待化简的双有源全桥电路A无法被化简。
2.根据权利要求1所述的基于自定义符号矩阵的双有源全桥电路化简方法，其特征在于，自定义符号有向图具体为：
每一个电路图都可以被抽象为唯一的自定义符号有向图，一个自定义符号有向图G(V,E)包括两个有限集合V和E，其中，V＝{V1,V2,…,VN}是所有节点的集合，E＝{E1,E2,…,EN}是所有连接节点的边的集合；边的方向取决于边所代表的器件的电气特性，如果电流只能从一个方向流到另一个方向，那么此器件为单向器件，该边为单向边；如果电流在此器件上能够双向流通，那么此器件为双向器件，该边为双向边；由于MOS管上会有反并联的体二极管，因此MOS管被认为是双向器件；而边的方向为电流能够流通的方向。
3.根据权利要求1所述的基于自定义符号矩阵的双有源全桥电路化简方法，其特征在于，S3.1具体为：
将待化简的双有源全桥电路A中连接两个器件的节点视为自定义符号有向图的节点，待化简的双有源全桥电路A中的器件被视为自定义符号有向图的边，而它们的方向用箭头表示。
4.根据权利要求1所述的基于自定义符号矩阵的双有源全桥电路化简方法，其特征在于，S3.2具体为：
首先为自定义符号有向图的节点编号，得出自定义符号矩阵的阶数，再根据自定义符号矩阵元素的定义，建模出自定义符号有向图的自定义符号矩阵Gc。
5.根据权利要求1所述的基于自定义符号矩阵的双有源全桥电路化简方法，其特征在于，S5.1具体为：
新的自定义符号矩阵Gc,new的阶数即为新的自定义符号有向图的节点数；根据自定义符号矩阵的定义和自定义符号有向图的定义，还原为 新的自定义符号有向图。
6.根据权利要求1所述的基于自定义符号矩阵的双有源全桥电路化简方法，其特征在于，S5.2具体为：
首先将新的自定义符号有向图的节点视为新的双有源全桥电路Anew中连接两个器件的节点，再将新的自定义符号有向图的边视为新的双有源全桥电路Anew中的器件。
7.根据权利要求1所述的基于自定义符号矩阵的双有源全桥电路化简方法，其特征在于，求电路路径时应该遵守电路路径化简原则，具体为：在所有电流路径中，如果其中一条电流路径包含另一条电流路径，则删除被包含的电流路径；此外，具有所述导通因子c的器件和具有所述非导通因子 的器件不同时导通；因此，如果电路路径同时包含c和 则删除该电流路径。
一种基于自定义符号矩阵的双有源全桥电路化简方法
技术领域
[0001] 本发明涉及双有源全桥电路技术领域，具体涉及一种基于自定义符号矩阵的双有源全桥电路化简方法。
背景技术
[0002] 在能源危机和环境污染问题日益严峻的时代背景下，各种各样的双有源全桥电路在分布式新能源发电系统、电动汽车和航空航天中得到了广泛的应用。因此，人们对双有源
全桥电路的效率、成本和稳定性提出了更高的要求。然而双有源全桥电路极为复杂，往往有
着大量冗余的器件。冗余的器件会导致电路的低效率、高成本和低稳定性，因此，研究者们
致力于寻找简化的双有源全桥电路。
[0003] 但是，大多数双有源全桥电路的简化通常严重依赖于研究者的经验或灵感。研究者们对简化的双有源全桥电路有着很好的总结，但没有提出一种系统化的双有源全桥电路
化简方法。
[0004] 因此，迫切需要一种系统化的方法来化简双有源全桥电路中的冗余器件。这有助于提高设计效率，并且提高双有源全桥电路的稳定性、能量密度，降低其制造成本。
发明内容
[0005] 本发明为解决上述问题，提出了一种基于自定义符号矩阵的双有源全桥电路化简方法。
[0006] 具体地，所述方法包括以下步骤：
[0007] S1：观测待化简的双有源全桥电路A中各个开关管驱动信号的频率和占空比；
[0008] S2：判断是否有驱动信号的频率和占空比都相同的第一开关管Q1和第二开关管Q2，若是，则进入S3，若否，则待化简的双有源全桥电路A无法被化简；
[0009] S3：将待化简的双有源全桥电路A建模成为自定义符号矩阵Gc；具体包括以下步骤：
[0010] S3.1：将待化简的双有源全桥电路A抽象成自定义符号有向图；
[0011] S3.2：将自定义符号有向图建模成自定义符号矩阵Gc；
[0012] 其中，自定义符号矩阵具体为：
[0013] 每一个自定义符号有向图都可以被建模为唯一的自定义符号矩阵；自定义符号矩阵为N×N的矩阵，其中N为自定义符号有向图的节点数；矩阵元素aij定义为：
[0014]
[0015] 上式中，eij是连接节点i和j的器件；c是导通因子， 是非导通因子，它们只存在于开关管Q和二极管D前面，c的取值为1或0， c存在于被合并的开关管前面，然后，剩
余的二极管和开关管若导通顺序与合并后的开关管相同，将c放置在它们前面；若导通顺序
与合并后的开关管相反，则将 放置在它们前面；具有c的器件和具有 的器件不同时导
通；双向器件在自定义符号矩阵中均存在互为对角的矩阵元素相同；
[0016] S4：将自定义符号矩阵Gc化简为新的自定义符号矩阵Gc,new；具体包括以下步骤：
[0017] S4.1：将自定义符号矩阵Gc的第m行加到第i行，得到第一过渡自定义符号矩阵Gc1；
[0018] S4.2：将第一过渡自定义符号矩阵Gc1的第m列加到第i列，得到第二过渡自定义符号矩阵Gc2；
[0019] S4.3：将第二过渡自定义符号矩阵Gc2的第n行加到第j行，得到第三过渡自定义符号矩阵Gc3；
[0020] S4.4：将第三过渡自定义符号矩阵Gc3的第n列加到第j列，得到第四过渡自定义符号矩阵Gc4；
[0021] S4.5：删掉第四过渡自定义符号矩阵Gc4的第m行、第n行、第m列和第n列，并且将Q1+Q2用第三开关管Q3代替，得到新的自定义符号矩阵Gc,new；
[0022] S5：将新的自定义符号矩阵Gc,new还原为新的双有源全桥电路Anew；具体包括以下步骤：
[0023] S5.1：将新的自定义符号矩阵Gc,new还原为新的自定义符号有向图；
[0024] S5.2：将新的自定义符号有向图具象为新的双有源全桥电路Anew；
[0025] S6：计算待化简的双有源全桥电路A中被合并的第一开关管Q1、第二开关管Q2的电流路径Pold，再计算新的双有源全桥电路Anew中合并后的第三开关管Q3的电流路径Pnew；具体
包括以下步骤：
[0026] S6.1：求出自定义符号矩阵Gc中第i行第j列的元素aij的余子式Mij、第j行第i列的元素aji的余子式Mji、第m行第n列的元素amn的余子式Mmn、第n行第m列的元素anm的余子式Mnm；
[0027] S6.2：计算待化简的双有源全桥电路A中被合并的第一开关管Q1、第二开关管Q2的电流路径Pold＝aijMij+ajiMji+amnMmn+anmMnm；
[0028] S6.3：求出新的自定义符号矩阵Gc,new中第i行第j列的元素aij的余子式Mij和第j行第i列的元素aji的余子式Mji；
[0029] S6.4：计算新的双有源全桥电路Anew中合并后的第三开关管Q3的电流路径Pnew＝aijMij+ajiMji；
[0030] S7：判断Pold是否与Pnew相同，若是，则Anew即为化简后的双有源全桥电路，若否，则待化简的双有源全桥电路A无法被化简。
[0031] 所述自定义符号有向图具体为：
[0032] 每一个电路图都可以被抽象为唯一的自定义符号有向图。一个自定义符号有向图G(V,E)包括两个有限集合V和E，其中，V＝{V1,V2,…,VN}是所有节点的集合，E＝{E1,E2,…,
EN}是所有连接节点的边的集合。边的方向取决于边所代表的器件的电气特性，如果电流只
能从一个方向流到另一个方向，那么此器件为单向器件，该边为单向边；如果电流在此器件
上能够双向流通，那么此器件为双向器件，该边为双向边。由于MOS管上会有反并联的体二
极管，因此MOS管被认为是双向器件。而边的方向为电流能够流通的方向。
[0033] 优选地，S3.1具体为：
[0034] 将待化简的双有源全桥电路A中连接两个器件的节点视为自定义符号有向图的节点。待化简的双有源全桥电路A中的器件被视为自定义符号有向图的边，而它们的方向用箭
头表示。
[0035] 优选地，S3.2具体为：
[0036] 首先为自定义符号有向图的节点编号，得出自定义符号矩阵的阶数。再根据自定义符号矩阵元素的定义，建模出自定义符号有向图的自定义符号矩阵Gc。
[0037] 优选地，S5.1具体为：
[0038] 新的自定义符号矩阵Gc,new的阶数即为新的自定义符号有向图的节点数。根据自定义符号矩阵的定义和自定义符号有向图的定义，还原的新的自定义符号有向图。
[0039] 优选地，S5.2具体为：
[0040] 首先将新的自定义符号有向图的节点视为新的双有源全桥电路Anew中连接两个器件的节点。再将新的自定义符号有向图的边视为新的双有源全桥电路Anew中的器件。
[0041] 求电路路径时应该遵守电路路径化简原则，具体为：
[0042] 在所有电流路径中，如果其中一条电流路径包含另一条电流路径，则删除被包含的电流路径；此外，具有所述导通因子c的器件和具有所述非导通因子 的器件不同时导
通。因此，如果电路路径同时包含c和 则删除该电流路径。
附图说明
[0043] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下文对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，下述附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术
人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0044] 图1为一种基于自定义符号矩阵的双有源全桥电路化简方法的流程图；
[0045] 图2为交错并联的双向boost变换器级联电压源型双有源全桥变换器的电路图；
[0046] 图3为交错并联的双向boost变换器级联电压源型双有源全桥变换器的自定义符号有向图；
[0047] 图4为新的自定义符号有向图；
[0048] 图5为化简后的电路图。
具体实施方式
[0049] 为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应该指出，以下详
细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，基于本发明中的实
施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属
于本发明保护的范围。
[0050] 本申请实施例提供了一种基于自定义符号矩阵的双有源全桥电路化简方法，用于化简双有源全桥电路，消除冗余器件，从而提高变换器的功率密度以及降低变换器的制造
成本。
[0051] 本发明的一种典型实施例，以化简交错并联的双向boost变换器级联电压源型双有源全桥变换器的电路(以下简称为级联电路)为例，图2即为交错并联的双向boost变换器
级联电压源型双有源全桥变换器的电路。
[0052] S1：观测级联电路中各个开关管驱动信号的频率和占空比。
[0053] S2：第一开关管Q1和第五开关管Q5的驱动信号有着相同的驱动信号和占空比，第二开关管Q2和第六开关管Q6的驱动信号有着相同的驱动信号和占空比，第三开关管Q3和第七
开关管Q7的驱动信号有着相同的驱动信号和占空比、第四开关管Q4和第八开关管Q8的驱动
信号有着相同的驱动信号和占空比，进入S3。
[0054] S3：将级联电路建模成为自定义符号矩阵Gc：
[0055] S3.1：将级联电路中连接两个器件的节点视为自定义符号有向图的节点。将级联电路中的器件视为自定义符号有向图的边，而它们的方向用箭头表示，得到如图3所示的级
联电路的自定义符号有向图。
[0056] S3.2：为自定义符号有向图的节点编号，得出自定义符号矩阵的阶数为7。再根据自定义符号矩阵元素的定义，建模出自定义符号有向图的自定义符号矩阵Gc。自定义符号
矩阵Gc如下所示。
[0057]
[0058] S4：将自定义符号矩阵Gc化简为新的自定义符号矩阵Gc,new：
[0059] S4.1：将自定义符号矩阵Gc的第5行加到第2行，得到第一过渡自定义符号矩阵Gc1。第一过渡自定义符号矩阵Gc1如下所示。
[0060]
[0061] S4.2：将第一过渡自定义符号矩阵Gc1的第5列加到第2列，得到第二过渡自定义符号矩阵Gc2。第二过渡自定义符号矩阵Gc2如下所示。
[0062]
[0063] S4.3：将第二过渡自定义符号矩阵Gc2的第6行加到第3行，得到第三过渡自定义符号矩阵Gc3。第三过渡自定义符号矩阵Gc3如下所示。
[0064]
[0065] S4.4：将第三过渡自定义符号矩阵Gc3的第6列加到第3列，得到第四过渡自定义符号矩阵Gc4。第四过渡自定义符号矩阵Gc4如下所示。
[0066]
[0067] S4.5：删掉第四过渡自定义符号矩阵Gc4的第5行、第6行、第5列和第6列，并且将Q1+Q5用第十三开关管Q13代替、Q2+Q6用第十四开关管Q14代替、Q3+Q7用第十五开关管Q15代替、Q4+
Q8用第十六开关管Q16代替，得到新的自定义符号矩阵Gc,new。新的自定义符号矩阵Gc,new如下
所示。
[0068]
[0069] S5：将新的自定义符号矩阵Gc,new还原为新的双有源全桥电路Anew：
[0070] S5.1：新的自定义符号矩阵Gc,new的阶数即为新的自定义符号有向图的节点数。根据自定义符号矩阵的定义和自定义符号有向图的定义，还原的新的自定义符号有向图。新
的自定义符号有向图如图4所示。
[0071] S5.2：首先将新的自定义符号有向图的节点视为新的双有源全桥电路Anew中连接两个器件的节点。再将新的自定义符号有向图的边视为新的双有源全桥电路Anew中的器件。
将新的自定义符号有向图具象为如图5所示的新的双有源全桥电路Anew。
[0072] S6：计算级联电路A中被合并的第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7、第八开关管Q8的电流路径Pold，再计
算新的双有源全桥电路Anew中合并后的第十三开关管Q13、第十四开关管Q14、第十五开关管
Q15、第十六开关管Q16的电流路径Pnew。如下所示。
[0073]
[0074]
[0075] S7：可以看出，Pold与Pnew相同，Anew即为化简后的双有源全桥电路。
