[发明专利]一种双buck半桥逆变器的混合控制算法

摘要

本发明涉及一种双buck半桥逆变器的混合控制算法，结合半周期调制以及全周期调制，提出了具有固定开关频率的混合SPWM控制方式。在总电感电流连续时，只有一个开关管工作，也只有一个电感有电流，即处于半周期调制的工作模式。而在电感电流平均值低于临界电感电流平均值时，另外一个开关管也开始工作，即全周期工作方式。本发明结合了双降压半桥逆变器传统的半周期调制和全周期调制的优点，具有较高的输出电压质量和变换器效率的综合属性。并针对混合调制可能带来的波形畸变问题提出了动态过程抑制的算法。

主权项

1.一种双buck半桥逆变器的混合控制算法，包括一双buck半桥逆变器，所述双buck半桥逆变器包括两个串联的电源Ud，所述两个串联的电源Ud的一端分别连接至第一开关管S1的漏极、第二二极管D2的阴极，所述两个串联的电源Ud的另一端分别连接至第一二极管D1的阳极、第二开关管S2的源极，所述第一开关管S1的源极、第一二极管D1的阴极均连接至第一电感L1的一端，所述第一电感L1的另一端连接至第二电感L2的一端、电容Cf的一端，所述第二电感L2的另一端连接至所述第二二极管D2的阳极、所述第二开关管S2的漏极，所述电容Cf的另一端接地，所述电容Cf并联连接有负载；其特征在于：包括以下步骤：步骤S1：采集一个开关周期的电感电流平均值IL，采用下式计算临界的电感电流平均值：其中，Ud为直流电源电压，Uo_ref为负载参考电压，L为两个电感值，fS为开关频率；步骤S2：判断|IL|与ILb的大小，当|IL|＞ILb，进入步骤S3；当|IL|＜ILb时，进入步骤S4；步骤S3：判断上一个开关周期是否满足|IL|＞ILb，若是，则采用基于半周期调制的闭环控制；否则，判断IL＞0是否满足IL＞0，若是，则进入步骤S5，否则进入步骤S6；步骤S4：判断上一个开关周期是否满足|IL|＜ILb，若是，则采用基于全周期调制的闭环控制；否则，判断IL是否满足IL＞0，若是，则进入步骤S7，否则进入步骤S8；步骤S5：双buck半桥逆变器处于正半周期，控制方式由SPWM全周期调制切换至SPWM半周期调制；判断是否完成过渡周期，若是，则采用基于半周期调制的闭环控制，否则，采用切换点3动态过程抑制算法；步骤S6：双buck半桥逆变器处于负半周期，控制方式由SPWM全周期调制切换至SPWM半周期调制；判断是否完成过渡周期，若是，则采用基于半周期调制的闭环控制，否则，采用切换点1动态过程抑制算法；步骤S7：双buck半桥逆变器处于正半周期，控制方式由SPWM半周期调制切换至SPWM全周期调制；判断是否完成过渡周期，若是，则采用基于全周期调制的闭环控制，否则，采用切换点4动态过程抑制算法；步骤S8：双buck半桥逆变器处于负半周期，控制方式由SPWM半周期调制切换至SPWM全周期调制；判断是否完成过渡周期，若是，则采用基于全周期调制的闭环控制，否则，采用切换点2动态过程抑制算法；步骤S6中所述切换点1动态过程抑制算法具体包括以下步骤：步骤S61：控制过渡周期中第二开关管S2的占空比，使得第二电感L2的电感电流平均值能够在下一个开关周期达到稳态值；先由切换前后的第二电感L2的电感电流平均值变化量来确定电感电流起始瞬时值的变化量ΔiL2(k+1)，即：ΔiL2(k+1)＝IL2(k+2)‑IL2(k)＝‑ILb；再根据ΔiL2(k+1)与第二开关管S2的占空比的关系表达式：得到第二开关管S2的占空比，采用下式计算：步骤S62：控制第一开关管S1的导通时间，使得控制过渡周期的两个电感电流能够平衡，即控制两个开关周期的电感电流平均值的变化量相同，不让总电感电流跳变，进而防止动态过程的产生；要满足上述过程，需要分别计算两个开关周期的电感电流平均值的变化量，分别设为Area1和Area2，采用下式计算：其中，D为当前开关k+1周期电感电流连续工作时的稳态占空比，当满足Area1＝Area2时，得到第一开关管S1的占空比采用下式计算：步骤S8中所述切换点2动态过程抑制算法具体包括以下步骤：步骤S81：控制过渡周期中第二开关管S2的占空比，使得第二电感L2的电感电流平均值能够在下一个开关周期达到稳态值；第二开关管S2的占空比采用下式计算：步骤S82：控制第一开关管S1的导通时间，使得控制过渡周期的两个电感电流能够平衡，不让总电感电流跳变，进而防止动态过程的产生；其中，第一开关管S1的占空比采用下式计算：步骤S5中所述切换点3动态过程抑制算法具体包括以下步骤：步骤S51：在第一个过渡周期:让第二开关管S2工作在先导通后断开模式，使得在第一个过渡周期结束后第二电感L2的电流降为零；此时，第一开关管S1的占空比为闭环控制占空比；其中，第一开关管S1和第二开关管S2的占空比采用下式计算：步骤S52：在第二个过渡周期:首先控制过渡周期中第一开关管S1的占空比，使得第一电感L1的电感电流平均值能够在下一个开关周期达到稳态值；其中，第一开关管S1的占空比采用下式计算：接着控制第二开关管S2的导通时间，使得控制过渡周期的两个电感电流能够平衡，不让总电感电流跳变，进而防止动态过程的产生；其中，第二开关管S2的占空比采用下式计算：步骤S7中所述切换点4动态过程抑制算法具体包括以下步骤：步骤S71：在第一个过渡周期，首先控制过渡周期中第一开关管S1的占空比，使得第一电感L1的电感电流平均值能够在下一个开关周期达到稳态值；其中，第一开关管S1的占空比采用下式计算：接着让第二开关管S2工作在先断开后导通模式，控制第二开关管S2的导通时间，使得控制过渡周期的两个电感电流能够平衡，不让总电感电流跳变，进而防止动态过程的产生；其中，第二开关管S2的占空比采用下式计算：步骤S72：在第二个过渡周期，让第二开关管S₂采取先导通，后关断，再导通的模式；控制第二开关管S₂的初始关断时间，使得第二电感L₂的电感电流平均值近似等于临界的电感电流平均值；此时，第一开关管S₁和第二开关管S₂的占空比均为闭环控制占空比；设为第二开关管S₂的初始关断占空比，采用下式计算：其中，第一开关管S1和第二开关管S2的占空比采用下式计算：