[发明专利]双有源全桥双向DC-DC变换器的全负载范围ZVS的移相控制方法

摘要

本发明公开的双有源全桥双向DC‑DC变换器的全负载范围ZVS的移相控制方法，属于电力电子领域的高频开关电源领域。本发明的变换器在原有拓扑结构的基础上引入激磁电流，补偿二次侧开关管关断时谐振所需的最小电流，从而扩大变压器副边开关管的软开关范围；本发明在EPS模式下基于注入的激磁电流设计全负载范围ZVS和低电流应力的控制策略，通过控制高压侧的桥内占空比和两个全桥的桥间移相角，使变换器能在不同电压变比时不同传输功率下都工作在ZVS区域内，保证变换器在全负载范围内实现软开关，降低开关管的开关损耗，同时降低电流峰值，减小功率器件的电流应力，降低变换器的通态损耗和环流损耗，进一步降低电路损耗。本发明能够提高变换器的效率和可靠性。

主权项

1.双有源全桥双向DC‑DC变换器的全负载范围ZVS的移相控制方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一：设计能实现全负载范围软开关的激磁电感L_m；通过下式设计能实现全负载范围软开关的激磁电感L_m的值：其中，f_s为开关管的开关频率，输出输入电压变比k＝Kv_o/v_i，L为漏感，C为开关管的寄生电容，在上式的范围内，为降低电流应力，选择激磁电感的值越大越好；步骤二：输出电压v_o经电压环反馈后与电压输出给定值V_ref进行比较，偏差值输入PI调节器，输出控制量经限幅后送入桥内移相计算器中，同样，将步骤一中选取的激磁电感L_m的值代入桥内移相计算器，并将输出电压v_o和输入电压v_i，同样输入桥内移相计算器中，输出桥内移相比D_y表达式为：采用上式所描述的控制曲线输出桥内移相比D_y，既能实现所有开关管全负载范围的ZVS，又能实现低电流应力的效果；步骤三：采用与开关频率f_s相同频率的三角波作为基准载波V_tr1，令基准载波V_tr1幅值为1，为幅值一半的电压值V_n作为调制波，生成的PWM信号经死区模块延时后，经驱动模块控制原边超前桥臂开关管Q₁的开通与关断，使开关管Q₁在开关周期内开通和关断各半个周期；死区模块的延时时间由开关管寄生电容与漏感的谐振周期决定；开关管Q₁的PWM控制信号取反后，经死区模块和驱动后控制同一桥臂的另一开关管Q₂；桥内移相比D_y通过控制原边滞后桥臂开关管的载波的相移产生原边桥臂间的桥内移相；桥内移相比D_y经限幅后输入原边滞后桥臂的载波产生模块，当超前桥臂的载波值降为0时，滞后桥臂的载波V_tr2值为V＝0.5D_y，波形与超前桥臂载波相同，经调制波V_n生成的PWM信号经死区模块延时后，经驱动模块控制原边滞后桥臂开关管Q₃的开通与关断，控制信号取反后经死区模块和驱动后控制开关管Q₄的开关；桥内移相比D_y、桥间移相比经限幅后和基准载波一同输入副边载波移相控制器中，生成开关管Q₅的载波V_tr3；当基准载波值降为0时，生成的载波此刻的数值为：波形与超前桥臂载波相同，经调制波V_n调制后生成的PWM信号经死区模块延时后，经驱动模块控制原边开关管Q₅的开通与关断，开关管Q₅的控制信号取反后经死区和驱动模块控制开关管Q₆的开关；由于副边桥臂间没有桥内移相，开关管Q₇的控制信号与开关管Q₆的控制信号相同，开关管Q₈的控制信号与开关管Q₅的控制信号相同，所以对开关管Q₅的载波180°移相后得到开关管Q₇的载波V_tr4；原边开关管的死区时间设置为副边开关管的死区时间设置为步骤四：通过步骤一设计能实现全负载范围软开关的激磁电感L_m，能够实现变换器的全范围软开关；通过步骤二得到的桥内移相比D_y控制曲线控制桥内移相比D_y输出，步骤三生成开关管的控制信号使变换器工作在步骤二生成的桥内移相比D_y控制曲线的范围内，能够实现所有开关管全范围的ZVS，又能实现低电流应力的效果，进而降低变换器在任何工作情况下的开关管的开关损耗，提高变换器的效率和可靠性。