[发明专利]半有源桥DC-DC变换器的PWM-移相复合控制方法

摘要

本发明公开的半有源桥DC‑DC变换器的PWM‑移相复合控制方法，涉及用于电压源型半有源桥DC‑DC变换器的PWM‑移相复合控制方法，属于电力电子领域的高频开关电源方向。本发明的变换器由主电路和控制电路组成；主电路由输入侧和输出侧组成；控制电路包括控制器和驱动电路。本发明的一种用于电压源型半有源桥DC‑DC变换器的PWM‑移相复合控制方法，通过低压侧电压v_ab和高压侧电压v_cd之间移相控制环的调节，以及通过低压侧PWM控制环调节开关管占空比，实现所有开关管的软开关的条件下，能够减小开关管的导通损耗，并且降低DC‑DC变换器中存在的无功功率，减小开关管的电流应力，提高DC‑DC变换器的可靠性。本发明非常适合用在对于变换器的体积和重量要求非常严格的航空航天领域。

主权项

1.一种用于电压源型半有源桥DC‑DC变换器的PWM‑移相复合控制方法，所述的电压源型半有源桥DC‑DC变换器主要由主电路和控制电路组成；主电路由输入侧和输出侧构成；输入侧用于将输入的直流电压变换为高频交流方波电压，使能量通过高频变压器从原边流向副边；输出侧用于实现对变压器交流电压的整形，实现额定电压输出；所述的输入侧为由四个开关管S1、S2、S3和S4组成的全桥电路；输出侧由两个开关管S5、S6和两个二极管D1、D2以及输出电容Co组成；输入侧和输出侧由高频变压器T连接，Lk为高频变压器T的漏感与外加交流电感之和，ip为变压器原边电流，is为变压器副边电流；主电路连接关系为：输入侧开关管S1和S3的漏极均与电源的正极相连，输入侧开关管S2和S4的源极均与电源的负极相连；开关管S1的源极和开关管S2漏极相连，连接点记做A点；开关管S3的源极和开关管S4的漏极相连，连接点记做B点；A点与电感Lk的一端相连，电感Lk的另一端与高频变压器T原边绕组的一端相连，记该端为变压器的同名端；B点与变压器原边绕组的异名端相连；输出侧二极管D1、D2的阴极与输出电容Co的正极以及负载的正极连接在一起；输出侧开关管S5、S6的源极与输出电容Co的负极以及负载的负极连接在一起；D1的阳极与S5的漏极相连，记该连接点为C；D2的阳极与S6的漏极相连，记该连接点为D；C点与高频变压器T副边绕组的同名端相连；D点与高频变压器T副边绕组的异名端相连；变换器的控制电路主要由控制器和驱动电路构成；控制器是以DSP为核心，用于对传感器采样得到的电压信号进行处理，并依据PWM‑移相复合控制方法生成PWM信号，驱动电路接收来自控制器的PWM信号，PWM信号经过隔离和功率放大之后为主电路的开关管S1、S2、S3、S4、S5、S6提供驱动电压，实现对输出电压的调节，然后控制器中的传感器再采样该调节后的输出电压信号，通过闭环控制进而实现对变压器原边电路和副边电路的占空比以及变压器原边电压vAB和副边电压vCD移相角的调节；其特征在于：对输出电压Vo进行闭环控制，具体控制方法如下，步骤一、确定电压源型半有源桥DC‑DC变换器输出电压的给定值Vref；步骤二、针对电压源型半有源桥DC‑DC变换器的输出电压进行采样，采样值记为V_o，计算输出电压的给定值V_ref与输出电压V_o的差值，所述的差值作为数字PI调节器的输入值；所述的数字PI调节器的输出值经过限幅器限幅后作为变压器原边电压v_AB和变压器副边电压v_CD之间的移相角步骤三、通过移相角计算出如公式(1)的原边占空比d₁和如公式(2)的副边占空比d₂；其中Δd_p为原边占空比的补偿量，用于微调原边超前桥臂开关管S₁、S₂的开通时间；Δd_s为副边占空比的补偿量，用于微调副边开关管S₅、S₆的开通时间；m为输入到输出的电压增益，定义为：m＝V_o/(nV_in)，n为变压器T副边绕组匝数N₂比上原边绕组匝数N₁的值；由于原边占空比d1包含原边占空比补偿项Δdp、副边占空比d2包含副边占空比的补偿项Δds，通过原边占空比补偿项Δdp使得流过原边超前桥臂开关管S1、S2的电流在开通的瞬间从开关管S1、S2的体二极管流过，通过副边占空比的补偿项Δds使得流过开关管S5、S6的电流在开通的瞬间从副边开关管S5、S6的体二极管流过，实现所有开关管S1、S2、S3、S4、S5、S6的软开关；通过副边占空比的计算公式保证副边开关管S₅、S₆在变压器原边电流i_p刚过零之后就能开通，能够减小副边开关管S₅、S₆的体二极管导通的时间长度，减小副边开关管S₅、S₆的导通损耗；通过联立公式(1)和公式(2)得到原边占空比d1和副边占空比d2的关系如公式(3)所示，如公式(3)所示的原边占空比d1和副边占空比d2的关系能够保证变压器原边电流ip能够工作在临界连续模式，降低DC‑DC变换器中存在的无功功率，减小开关管的电流应力，提高DC‑DC变换器的可靠性；d1‑2Δdp＝m(d2‑Δds)         (3)步骤四、根据步骤二中计算得到的移相角步骤三中计算得到的原边占空比d₁和副边占空比d₂三个控制量产生开关管的PWM信号，驱动电压源型半有源桥DC‑DC变换器工作，实现所有开关管S₁、S₂、S₃、S₄、S₅、S₆的软开关，减小副边开关管S₅、S₆的导通损耗，并且降低电压源型半有源桥DC‑DC变换器中存在的无功功率，减小开关管的电流应力，提高电压源型半有源桥DC‑DC变换器的可靠性。