[发明专利]航空双有源桥变换器功率器件的热平衡控制方法

摘要

本发明公开了一种航空双有源桥变换器功率器件的热平衡控制方法，用于解决现有热平衡控制方法复杂的技术问题。技术方案是在双重移相控制方法的基础上，分析轻载条件下的软开关状态，提出一种目的为平衡轻载条件下桥臂开关损耗，通过两种调节模式调整桥臂的超前、滞后关系的控制思路，在以低压侧输入电压U₂＝28V，高压侧输出电压U₁＝270V，满载输出功率750W的实验样机，型号为TMS320f28069的控制器的基础上，减小了功率开关管应力，平衡了开关器件的热损耗，提高了整个变换器的效率，方法简单。

主权项

1.一种航空双有源桥变换器功率器件的热平衡控制方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、硬件平台基础；航空双有源桥变换器硬件平台功率电路部分包含两个全桥电路、一个功率高频变压器和一个功率电感；采样及控制电路对输入和输出的电压信号进行采样和调理，并将处理过的弱电信号送入以TMS320f28069为核心的控制器中的模数转换器进行运算，处理结果通过PWM模块输出口输出相对应的控制信号；同时应用高速光耦实现数字信号的隔离，利用驱动芯片对每个全桥电路中的开关管进行驱动控制；步骤二、热平衡控制策略软件实现方法；进行系统初始化，包括TMS320F28069正常运行的系统函数的调用；进行增强型脉冲宽度调制器ePWM的1～4通道进行初始化，包括控制脉冲信号的占空比、频率、死区时间、ePWMA和ePWMB运行方式；启用PIE中断，使能TMS320F28069的外设中断，再初始化ADC，定义ADC采样频率为5KHz、采样方式为顺序采样，同时使能ADCSOC使能采样通道，并进入等待AD中断状态；ADC采样512个值后进入AD中断，由于DAB双向DC‑DC变换器输出电压有开关管开关时的瞬态干扰，因此对采样值进行调整，将此512点进入快速排序，最终取中间256个点的平均值作为采样结果与参考值比较，确定PI调节函数的输出量，对系统进行闭环控制；闭环控制分为两个控制分支，分别为电压控制环和热平衡控制环，电压控制环控制输出电压的恒定，热平衡控制环用来确定热平衡控制命令，根据时基交替模式和温度反馈模式两种工作模式对功率开关管进行温度控制，其中对移相后的PWM波形进行补偿，抵消转换瞬间的功率偏置；相比于通常使用的ESP控制策略下的电路设计，该方案下DSP控制器内部的ADC采集输出电压信号，与参考信号生成误差信号，紧接着控制器发出相对应控制信号作用于PWM控制器来调节输出参数；于此同时，控制器根据时基控制信号或者温度反馈信号发出控制命令0或1；控制命令为0时：S1、S2作为超前桥臂，S3、S4作为滞后桥臂；控制命令为1时：S3、S4作为超前桥臂，S1、S2作为滞后桥臂；(1)模式1‑时基交替控制模式：该模式下，通过配置TMS320f28069内的定时器，配置交替运行的时间周期，每当计数器达到每个时间周期的终点，控制命令由0转换为1或者由1转换为0，转换结束后计数器清零，进入新的时间周期计数，达到交替改变桥臂的超前、滞后关系，设定时间周期为5ms；(2)模式2‑温度反馈控制模式：该模式下，需要先分别对超前、滞后桥臂的功率Mosfet进行温度采样，随后根据采样结果进行处理后改变系统的控制命令；温度采样电路主要由两个含有相同热敏电阻网络的差分放大器组成，通过求得采样电压与基准电压的差值进行相应倍数的放大后得到DSP采样的电压值Tmp1和Tmp2，Tmp1和Tmp2分别用来反映桥臂S1、S2和S3、S4的热损耗情况；当Δt≥2℃时，控制命令由0转换为1或者由1转换为0，从而达到功率器件的热损耗平衡；在通过控制命令调节一次侧两桥臂PWM超前、滞后关系的过程控制中，当控制命令由0变为1时，若不对瞬态的控制信号进行合理的控制直接改变移相关系，会使此刻一个Ts内超前桥臂的开通状态延长2D1Ts，滞后桥臂的开通状态不变，导致变压器一次侧电压不平衡产生直流分量，功率传输突变，会进一步造成功率器件的工作应力和损耗；对控制命令发出后PWM改变移相关系的瞬态过程控制进行优化，在控制命令由0变为1时，延长一个Ts内超前桥臂的开通状态D1Ts，与此同时将滞后桥臂在此时Ts时间内的开通状态缩短D1Ts，达到变压器一次侧电压状态不变，从而平滑地过度到第二种工作状态。