[發(fā)明專利]半有源橋DC-DC變換器的PWM-移相復(fù)合控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710048388.6
• 申請(qǐng)日: 2017-01-20
• 公開（公告）號(hào): CN106712522B
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沙德尚;張健坤;劉珂;徐雅雄
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M3/335
• 分類號(hào): H02M3/335
• 代理公司: 北京理工正陽知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11639
• 代理人: 毛燕

1.一種用于電壓源型半有源橋DC-DC變換器的PWM-移相復(fù)合控制方法，所述的電壓源型半有源橋DC-DC變換器主要由主電路和控制電路組成；主電路由輸入側(cè)和輸出側(cè)構(gòu)成；輸入側(cè)用于將輸入的直流電壓變換為高頻交流方波電壓，使能量通過高頻變壓器從原邊流向副邊；輸出側(cè)用于實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器交流電壓的整形，實(shí)現(xiàn)額定電壓輸出；所述的輸入側(cè)為由四個(gè)開關(guān)管S₁、S₂、S₃和S₄組成的全橋電路；輸出側(cè)由兩個(gè)開關(guān)管S₅、S₆和兩個(gè)二極管D₁、D₂以及輸出電容C_o組成；輸入側(cè)和輸出側(cè)由高頻變壓器T連接，L_k為高頻變壓器T的漏感與外加交流電感之和，i_p為變壓器原邊電流，i_s為變壓器副邊電流；

主電路連接關(guān)系為：輸入側(cè)開關(guān)管S₁和S₃的漏極均與電源的正極相連，輸入側(cè)開關(guān)管S₂和S₄的源極均與電源的負(fù)極相連；開關(guān)管S₁的源極和開關(guān)管S₂漏極相連，連接點(diǎn)記做A點(diǎn)；開關(guān)管S₃的源極和開關(guān)管S4的漏極相連，連接點(diǎn)記做B點(diǎn)；A點(diǎn)與電感Lk的一端相連，電感Lk的另一端與高頻變壓器T原邊繞組的一端相連，記該端為變壓器的同名端；B點(diǎn)與變壓器原邊繞組的異名端相連；輸出側(cè)二極管D1、D₂的陰極與輸出電容C_o的正極以及負(fù)載的正極連接在一起；輸出側(cè)開關(guān)管S₅、S₆的源極與輸出電容C_o的負(fù)極以及負(fù)載的負(fù)極連接在一起；D₁的陽極與S₅的漏極相連，記該連接點(diǎn)為C；D₂的陽極與S₆的漏極相連，記該連接點(diǎn)為D；C點(diǎn)與高頻變壓器T副邊繞組的同名端相連；D點(diǎn)與高頻變壓器T副邊繞組的異名端相連；

變換器的控制電路主要由控制器和驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成；控制器是以DSP為核心，用于對(duì)傳感器采樣得到的電壓信號(hào)進(jìn)行處理，并依據(jù)PWM-移相復(fù)合控制方法生成PWM信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電路接收來自控制器的PWM信號(hào)，PWM信號(hào)經(jīng)過隔離和功率放大之后為主電路的開關(guān)管S₁、S₂、S₃、S₄、S₅、S₆提供驅(qū)動(dòng)電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的調(diào)節(jié)，然后控制器中的傳感器再采樣該調(diào)節(jié)后的輸出電壓信號(hào)，通過閉環(huán)控制進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器原邊電路和副邊電路的占空比以及變壓器原邊電壓v_AB和副邊電壓v_CD移相角的調(diào)節(jié)；

其特征在于：對(duì)輸出電壓V_o進(jìn)行閉環(huán)控制，具體控制方法如下，

步驟一、確定電壓源型半有源橋DC-DC變換器輸出電壓的給定值V_ref；

步驟二、針對(duì)電壓源型半有源橋DC-DC變換器的輸出電壓進(jìn)行采樣，采樣值記為V_o，計(jì)算輸出電壓的給定值V_ref與輸出電壓V_o的差值，所述的差值作為數(shù)字PI調(diào)節(jié)器的輸入值；所述的數(shù)字PI調(diào)節(jié)器的輸出值經(jīng)過限幅器限幅后作為變壓器原邊電壓v_AB和變壓器副邊電壓v_CD之間的移相角

步驟三、通過移相角計(jì)算出如公式(1)的原邊占空比d₁和如公式(2)的副邊占空比d₂；其中Δd_p為原邊占空比的補(bǔ)償量，用于微調(diào)原邊超前橋臂開關(guān)管S₁、S₂的開通時(shí)間；Δd_s為副邊占空比的補(bǔ)償量，用于微調(diào)副邊開關(guān)管S₅、S₆的開通時(shí)間；m為輸入到輸出的電壓增益，定義為：m＝V_o/(nV_in)，n為變壓器T副邊繞組匝數(shù)N₂比上原邊繞組匝數(shù)N₁的值；

由于原邊占空比d₁包含原邊占空比補(bǔ)償項(xiàng)Δd_p、副邊占空比d₂包含副邊占空比的補(bǔ)償項(xiàng)Δd_s，通過原邊占空比補(bǔ)償項(xiàng)Δd_p使得流過原邊超前橋臂開關(guān)管S₁、S₂的電流在開通的瞬間從開關(guān)管S₁、S₂的體二極管流過，通過副邊占空比的補(bǔ)償項(xiàng)Δd_s使得流過開關(guān)管S₅、S₆的電流在開通的瞬間從副邊開關(guān)管S₅、S₆的體二極管流過，實(shí)現(xiàn)所有開關(guān)管S₁、S₂、S₃、S₄、S₅、S₆的軟開關(guān)；

通過副邊占空比的計(jì)算公式保證副邊開關(guān)管S₅、S₆在變壓器原邊電流i_p剛過零之后就能開通，能夠減小副邊開關(guān)管S₅、S₆的體二極管導(dǎo)通的時(shí)間長度，減小副邊開關(guān)管S₅、S₆的導(dǎo)通損耗；

通過聯(lián)立公式(1)和公式(2)得到原邊占空比d₁和副邊占空比d₂的關(guān)系如公式(3)所示，如公式(3)所示的原邊占空比d₁和副邊占空比d₂的關(guān)系能夠保證變壓器原邊電流i_p能夠工作在臨界連續(xù)模式，降低DC-DC變換器中存在的無功功率，減小開關(guān)管的電流應(yīng)力，提高DC-DC變換器的可靠性；

d₁-2Δd_p＝m(d₂-Δd_s) (3)

步驟四、根據(jù)步驟二中計(jì)算得到的移相角步驟三中計(jì)算得到的原邊占空比d₁和副邊占空比d₂三個(gè)控制量產(chǎn)生開關(guān)管的PWM信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電壓源型半有源橋DC-DC變換器工作，實(shí)現(xiàn)所有開關(guān)管S₁、S₂、S₃、S₄、S₅、S₆的軟開關(guān)，減小副邊開關(guān)管S₅、S₆的導(dǎo)通損耗，并且降低電壓源型半有源橋DC-DC變換器中存在的無功功率，減小開關(guān)管的電流應(yīng)力，提高電壓源型半有源橋DC-DC變換器的可靠性。