[发明专利]一种变压器电流直流分量的检测抑制方法及其系统

说明书

本发明公开了一种变压器电流直流分量的检测抑制方法及其系统，属于电源技术领域，包括采样单元、采样调理电路、主控制单元和驱动电路，解决了根据检测的变压器电流直流分量来抑制直流分量的技术问题，可以防止变压器饱和造成器件损坏，本发明可以省略现有技术方案中串联在变压器回路中的隔直电容，由于功率越大隔直电容体积和成本越高，电流检测CT和检测电阻体积小成本低，因此本发明在产品体积和成本上更有优势。

技术领域

本发明属于电源技术领域，涉及一种变压器电流直流分量的检测抑制方法及其系统。

背景技术

近年来随着开关电源技术的快速发展，功率变压器在家用电器、光伏、充电桩、服务器电源等各行各业得到了广泛的应用，常用方案为交流电网电压经过交流-直流变换器(AC/DC电路)后，再经过直流-直流变换器(DC/DC电路)转换为用户所需要的电压。通常为了考虑安全因素实现用户侧与交流电网侧的电气隔离，DC/DC电路通常采用带高频变压器隔离的DC/DC电路，根据应用场景的不同隔离型DC/DC电路有反激变换器、正激变换器、硬开关半桥变换器、硬开关全桥变换器、移相全桥变换器、LLC变换器、双有源桥变换器等。

其中部分拓扑由于工作原理或拓扑结构不同可以不需要考虑变压器直流偏磁问题，如反激变换器、LLC变换器等。而大部分带高频隔离变压器的拓扑如硬开关半桥、硬开关全桥、移相全桥和双有源桥变换器等都需要考虑由于变压器电流直流成份导致的直流偏磁问题，否则变压器会出现饱和进而导致功率器件损坏问题。

变压器直流偏磁导问题是在以上拓扑应用中不可避免的问题，以硬开关全桥为例，如图1所示，开关管Q1和Q4驱动信号相位和占空比相同，开关管Q2和Q3驱动信号相位和占空比相同，当开关管Q1和Q4导通时变压器正向励磁，励磁电流增加；当开关管Q2和Q3导通时变压器反向励磁，励磁电流减小；若Q1、Q4和Q2、Q3占空比完全相同，变压器励磁电流中直流分量为0，则变压器不会出现直流偏磁导致的饱和问题。但是由于实际电路中一些必然存在的因素，如控制器MCU产生的占空比信号由于芯片精度问题会产应一定的差异、驱动回路上所用到的驱动芯片以及电阻电容器件的延迟也会导致占空比不一致、功率开关管并非理想器件，其开通和关断速度存在一定差异等等。这些因素会综合导致Q1、Q4和Q2、Q3占空比并不能完全相同，并且随着每个开关周期累积，变压器电流直流分量会逐渐增加，最终导致变压器由于直流偏磁而饱和，由于变压器饱和后相当于短路从而导致功率器件过流损坏。

为解决该问题现有技术方案中有很多不同的解决办法，比较常用的主要有两种，一种是通过增加变压器的气隙，改变变压器的磁滞回线，增强变压器承受直流偏置的能力。但是该方案会导致励磁电流增加，而励磁电流并能传递至副边并会导致功率器件以及变压器电流增加产生额外损耗降低产品效率。

另一种方式则是在变压器回路中串联隔直电容，由于该电容需要流过功率级电流，变压器电流越大时需要的隔直电容体积越大，成本也越高。同时隔直电容上会产生一定的压降，为尽可能降低隔直电容压降对功率变换器特性影响，隔直电容需要尽可能选择容值较大的电容，而容值越大电容的体积和成本会进一步增加。

发明内容

本发明的目的是提供一种变压器电流直流分量的检测抑制方法及其系统，解决了根据检测的变压器电流直流分量来抑制直流分量的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种变压器电流直流分量的检测抑制方法，包括如下步骤：

步骤1：建立带高频变压器隔离的DC-DC电路，带高频变压器隔离的DC-DC电路设有由开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3和开关管Q4构成的开关桥电路，建立一种变压器电流直流分量的检测抑制系统，包括采样单元、采样调理电路、主控制单元和驱动电路；

采样单元用于对带高频变压器隔离的DC-DC电路的隔离变压器T1的原边进行第一电流采样和第二电流采样，第一电流采样值为IS1+和IS1-，第二电流采样值为IS2+和IS2-；