[发明专利]一种非对称占空比的全桥变换器控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非对称占空比的全桥变换器控制方法，主要应用于中大功率的全桥变换电路。

背景技术

隔离DC-DC变换器是一种既能实现电压变化又能实现电气隔离的DC-DC变换拓扑，除了用于电动汽车外，它在分布式发电、储能系统、可再生能源发电以及通讯航天等领域有广阔的应用前景。在分布式发电系统中，应用于燃料电池电站、军用移动电源和混合能源管理系统等。在储能系统的应用中，应用于蓄电池储能系统、超级电容储能系统、超导储能系统和飞轮储能系统等。在可再生能源系统中，应用于风能、太阳能发电等系统。在通讯和航天应用中，用于具有功率因数校正功能的通讯电源、应急电源和航天电源等。而在隔离DC-DC变换器中，应用最广泛的就是全桥变换器。尤其是在中大功率场合，全桥变换器的应用相当广泛。而常见的全桥变换器的控制方法为移相控制，移相控制法虽然能很好的实现软开关等，但其一大突出的问题就是会产生很大的功率回流，影响变换器的工作效率。

发明内容

本发明针对全桥变换器应用中经常会产生较多功率回流的现象，也即产生较多无功功率的情况进行了改进，提出了一种非对称占空比的全桥变换器控制方法，能够有效地缩短变压器原边漏感电流下降的时间，明显降低无功功率的产生，提高系统的工作效率。

本发明的技术方案如下：

一种非对称占空比的全桥变换器控制方法，使全桥电路中的第一桥臂的上开关管和下开关管的导通占空比不相等、第二桥臂的上开关管和下开关管的导通占空比也不相等；并且第一桥臂的上开关管和第二桥臂的上开关管的导通占空比相等、第一桥臂的下开关管和第二桥臂的下开关管的导通占空比相等；在单个周期内，变压器的包括漏感与串联电感之和在内的原边的状态顺序为+1、-1、0，即变压器原边的电压顺序为Vin、-Vin、0，其中Vin>0为输入电压；变压器副边经过整流单元后不通过电感滤波直接与负载相连。

所述控制方法的一个控制周期分为连续的五个阶段，其中：

第一阶段：t₀<t<t₁；

在t₀时刻，第一开关管和第四开关管导通，第二开关管和第三开关管关断；电感电流iL从零开始以恒定速率上升，并在t₁时刻达到最大值iLmax1；输入电压Vin加在变压器原边ab端，Vab＝Vin，变压器工作在+1状态；变压器副边cd端的电压为输出电压，Vcd＝Vo；变压器变比为n，电感上的电压VL＝Vin-nVo；输入功率Pin随着电感电流iL的增大而增大；

第二阶段：t₁<t<t₂；

在t₁时刻，第一开关管和第四开关管关断，第二开关管和第三开关管导通；电感电流iL开始下降，但仍为正，电流流经第二开关管和第三开关管的反并联二极管形成回路，给输入电压源充电；变压器原边ab端电压为负输入电压，Vab＝-Vin，变压器工作在-1状态；变压器副边cd端电压依旧为输出电压，Vcd＝Vo；电感上的电压VL＝-Vin-nVo，使得电感电流iL迅速下降，在t₂时刻降为0；由于Vab＝-Vin<0，导致输入功率Pin<0，产生功率回流；

第三阶段：t₂<t<t₃；

在本阶段，第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管的状态保持与第二阶段一致；电感电流iL从零开始以恒定速率上升，并在t₃时刻达到负的最大值-iLmax2，由于上升时间相差了一个t₂-t₁，iLmax2<iLmax1；变压器原边ab端电压依旧为负输入电压，Vab＝-Vin，变压器工作在-1状态；变压器副边cd端电压变为负输出电压，Vcd＝-Vo；电感上的电压VL＝nVo-Vin；输入功率Pin随着电感电流iL绝对值的增大而增大；

第四阶段：t₃<t<t₄；