[發明專利]一種變壓器電流直流分量的檢測抑制方法及其系統

有效

• 申請號: 202011627723.6
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112803775B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 楊傳超;邵丹薇;楊志;楊立軍
• 申請（專利權）人: 國創移動能源創新中心（江蘇）有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M1/32
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 張勵

本發明公開了一種變壓器電流直流分量的檢測抑制方法及其系統，屬于電源技術領域，包括采樣單元、采樣調理電路、主控制單元和驅動電路，解決了根據檢測的變壓器電流直流分量來抑制直流分量的技術問題，可以防止變壓器飽和造成器件損壞，本發明可以省略現有技術方案中串聯在變壓器回路中的隔直電容，由于功率越大隔直電容體積和成本越高，電流檢測CT和檢測電阻體積小成本低，因此本發明在產品體積和成本上更有優勢。

技術領域

本發明屬于電源技術領域，涉及一種變壓器電流直流分量的檢測抑制方法及其系統。

背景技術

近年來隨著開關電源技術的快速發展，功率變壓器在家用電器、光伏、充電樁、服務器電源等各行各業得到了廣泛的應用，常用方案為交流電網電壓經過交流-直流變換器(AC/DC電路)后，再經過直流-直流變換器(DC/DC電路)轉換為用戶所需要的電壓。通常為了考慮安全因素實現用戶側與交流電網側的電氣隔離，DC/DC電路通常采用帶高頻變壓器隔離的DC/DC電路，根據應用場景的不同隔離型DC/DC電路有反激變換器、正激變換器、硬開關半橋變換器、硬開關全橋變換器、移相全橋變換器、LLC變換器、雙有源橋變換器等。

其中部分拓撲由于工作原理或拓撲結構不同可以不需要考慮變壓器直流偏磁問題，如反激變換器、LLC變換器等。而大部分帶高頻隔離變壓器的拓撲如硬開關半橋、硬開關全橋、移相全橋和雙有源橋變換器等都需要考慮由于變壓器電流直流成份導致的直流偏磁問題，否則變壓器會出現飽和進而導致功率器件損壞問題。

變壓器直流偏磁導問題是在以上拓撲應用中不可避免的問題，以硬開關全橋為例，如圖1所示，開關管Q1和Q4驅動信號相位和占空比相同，開關管Q2和Q3驅動信號相位和占空比相同，當開關管Q1和Q4導通時變壓器正向勵磁，勵磁電流增加；當開關管Q2和Q3導通時變壓器反向勵磁，勵磁電流減小；若Q1、Q4和Q2、Q3占空比完全相同，變壓器勵磁電流中直流分量為0，則變壓器不會出現直流偏磁導致的飽和問題。但是由于實際電路中一些必然存在的因素，如控制器MCU產生的占空比信號由于芯片精度問題會產應一定的差異、驅動回路上所用到的驅動芯片以及電阻電容器件的延遲也會導致占空比不一致、功率開關管并非理想器件，其開通和關斷速度存在一定差異等等。這些因素會綜合導致Q1、Q4和Q2、Q3占空比并不能完全相同，并且隨著每個開關周期累積，變壓器電流直流分量會逐漸增加，最終導致變壓器由于直流偏磁而飽和，由于變壓器飽和后相當于短路從而導致功率器件過流損壞。

為解決該問題現有技術方案中有很多不同的解決辦法，比較常用的主要有兩種，一種是通過增加變壓器的氣隙，改變變壓器的磁滯回線，增強變壓器承受直流偏置的能力。但是該方案會導致勵磁電流增加，而勵磁電流并能傳遞至副邊并會導致功率器件以及變壓器電流增加產生額外損耗降低產品效率。

另一種方式則是在變壓器回路中串聯隔直電容，由于該電容需要流過功率級電流，變壓器電流越大時需要的隔直電容體積越大，成本也越高。同時隔直電容上會產生一定的壓降，為盡可能降低隔直電容壓降對功率變換器特性影響，隔直電容需要盡可能選擇容值較大的電容，而容值越大電容的體積和成本會進一步增加。

發明內容

本發明的目的是提供一種變壓器電流直流分量的檢測抑制方法及其系統，解決了根據檢測的變壓器電流直流分量來抑制直流分量的技術問題。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種變壓器電流直流分量的檢測抑制方法，包括如下步驟：

步驟1：建立帶高頻變壓器隔離的DC-DC電路，帶高頻變壓器隔離的DC-DC電路設有由開關管Q1、開關管Q2、開關管Q3和開關管Q4構成的開關橋電路，建立一種變壓器電流直流分量的檢測抑制系統，包括采樣單元、采樣調理電路、主控制單元和驅動電路；

采樣單元用于對帶高頻變壓器隔離的DC-DC電路的隔離變壓器T1的原邊進行第一電流采樣和第二電流采樣，第一電流采樣值為IS1+和IS1-，第二電流采樣值為IS2+和IS2-；