CN106998155A - 抑制与全桥逆变器配合的变压器偏磁的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及抑制变压器偏磁的方法，具体为抑制与全桥逆变器配合的变压器偏磁的方法。解决现有抑制偏磁方法可靠性差或者硬件电路结构复杂的问题。本发明采用分别对变压器原边电流在正负半周峰值进行采样，然后分别对变压器原边电流正负半周做电流闭环PID控制，通过PID调节的结果分别控制正负半周的开关管关断和导通，从而抑制变压器的偏磁。该方法以DSP处理器为基础，基本以控制软件实现抑制偏磁，控制简单；巧妙的利用PID控制可以消除静态误差的特性，理论上可以完全消除变压器偏磁现象。同时具有过流保护功能。

Description

抑制与全桥逆变器配合的变压器偏磁的方法

技术领域

本发明涉及抑制变压器偏磁的方法，具体为抑制与全桥逆变器配合的变压器偏磁的方法。

背景技术

全桥变换电路拓扑是目前国内外DC/DC变换器中最常用的电路拓扑之一，在中大功率应用场合更是首选拓扑；全桥变换电路拓扑如附图1所示。

在此类拓扑结构下普遍存在一个十分棘手的问题，即主变压器的偏磁现象。造成直流偏磁的原因有：①逆变器中两个桥臂各管导通时饱和压降不同，关断时间不一致，使得加在变压器原边的电压正负波形幅值不等。②控制电路输出的驱动脉冲正负半周不对称。③动态调整过程中正负周脉冲不一致。

当偏磁严重时会导致变压器磁芯单向饱和，致使原边绕组瞬间过流，损毁功率器件。因此在各种全桥PWM变换器中，无论是采用硬开关方式还是软开关方式，无论是数字控制器控制还是用模拟芯片控制都必须采取相应的偏磁抑制措施，来保证变压器始终处于对称平衡运行状态。

为抑制偏磁，现有技术有在变压器原边串电容的方法，如附图2所示，利用电容的隔直特性将变压器原边中的直流分量滤除。此方法的局限性：因为在变压器的工作全过程中，所有的电流都要流过此电容，此电容相对于普通的滤波电容或耦合电容工况要恶劣很多，尤其在高压大功率变换器中，隔直电容的发热严重，可靠性和寿命直接制约电源整机的可靠性。

现有技术也有通过模拟电路检测变压器的原边电流来对PWM脉冲宽度进行微调的抗偏磁电路；如附图3所示。图中1是电流传感器；2是电压控制型PWM调节器；3、4是采样保持器；5是加法器；6是PI调节器；7是脉冲宽度微调电路。此技术的局限性：一方面这种偏磁抑制电路硬件环节较多，需要两路采样脉冲、两个采样保持器、1个加法器、一个PID调节器、1个脉冲宽度微调电路；另一方面上述电路功能单一只能实现偏磁抑制作用，变压器原边过流保护还需要要额外的保护电路。

发明内容

本发明解决现有抑制偏磁方法可靠性差或者硬件电路结构复杂的问题，提供一种抑制与全桥逆变器配合的变压器偏磁的方法。该方法以DSP处理器为基础，基本以控制软件实现抑制偏磁，控制简单，抑制变压器偏磁效果好。

本发明是采用如下技术方案实现的：抑制与全桥逆变器配合的变压器偏磁的方法，由DSP处理器控制全桥PWM逆变器的PWM发生器，DSP处理器的控制软件是由如下步骤实现的：

一、采集变压器原边电流，给定PWM发生器的给定电流

1、对于PWM控制方式下的逆变器，DSP处理器是在逆变器两组对角开关管（Q1、Q3为一组，Q2、Q4为一组）的关断时刻分别对变压器原边电流的正、负半周进行采样；

2、对于全桥移相控制方式下的逆变器，DSP处理器是在逆变器超前桥壁的两个开关管（Q1、Q2）的关断时刻分别对变压器原边电流的正、负半周进行采样。

二、分别对正负半周的采样电流做闭环PID调节，并且正负半周的采样电流做闭环PID调节时依据的是同一个PWM发生器的给定电流。

本发明采用分别对变压器原边电流在正负半周峰值进行采样，然后分别对变压器原边电流正负半周做电流闭环PID控制，通过PID调节的结果分别控制正负半周的开关管关断和导通，从而抑制变压器的偏磁。该方法以DSP处理器为基础，基本以控制软件实现抑制偏磁，控制简单；巧妙的利用PID控制可以消除静态误差的特性，理论上可以完全消除变压器偏磁现象。同时具有过流保护功能。

本发明的特点在于的选择电流采样的时刻，都是在两种控制方式下变压器原边电流最大点或其附近时刻进行采样，并对正负半周的电流采样值分别做电流环PID控制，从而控制相应的开关管导通与关断。

本发明的有益效果是本发明对变压器的原边电流正负半周分别做电流环PID控制；由于正负半周的电流环给定都是相同的外环控制器输出（即依据同一个电流给定），正负半周电流PID控制器的比例、积分、微分环节调节系数给定相同，通过此方法控制正负半周开关管的开通和关断，控制简单，抑制变压器偏磁效果好。由于采样时刻电流基本在峰值附近，所以过流保护容易实现，过流保护可靠性高。

附图说明

图1为全桥变换电路拓扑图；

图2为抑制偏磁的现有技术之一的原理图；

图3为抑制偏磁的现有技术之二的原理图；

图4为本发明所述方法的逻辑框图；

图5为PWM控制方式下采样时刻变压器原边的电流波形；

图6为全桥移相控制方式下采样时刻变压器原边电流波形；

图7为本发明所述方法应用实例一的原理图；

图8为本发明所述方法应用实例二的原理图。

具体实施方式

抑制与全桥逆变器配合的变压器偏磁的方法，由DSP处理器控制全桥PWM逆变器的PWM发生器，DSP处理器的控制软件是由如下步骤实现的：

一、采集变压器原边电流，给定PWM发生器的给定电流

1、对于PWM控制方式下的逆变器，DSP处理器是在逆变器两组对角开关管（Q1、Q3为一组，Q2、Q4为一组）的关断时刻分别对变压器原边电流的正、负半周进行采样；

2、对于全桥移相控制方式下的逆变器，DSP处理器是在逆变器超前桥壁的两个开关管（Q1、Q2）的关断时刻分别对变压器原边电流的正、负半周进行采样；

二、分别对正负半周的采样电流做闭环PID调节，并且正负半周的采样电流做闭环PID调节时依据的是同一个PWM发生器的给定电流。

从图4可以看出，分别对正负半周的采样电流做闭环PID调节就是正负半周的采样电流与（同一个或唯一的）PWM发生器的给定电流做差，然后根据差值及电流给定值进行相应的调节。上述的PID调节过程对本领域技术人员来讲是公知的。

PWM控制方式下采样时刻变压器原边的电流波形如图5所示；全桥移相控制方式下采样时刻变压器原边电流波形如图6所示；从图5、图6可以看出，两种控制方式下都是在变压器原边电流最大点或其附近时刻进行采样。

具体应用时，根据控制目标的需要，选择控制策略；一般全桥变换器控制目标为电压源或者电流源。

图7所示的应用实例中，控制目标为电压源，其控制策略：外环为电压环，电压外环的输出做为电流内环正向电流和负向电流的给定，电流内环分别对正向电流和负向电流通过电流反馈做电流闭环PID调节，从而保证流入变压器原边的正负向电流相等，达到抑制偏磁的效果。正向与负向电流PID控制器的比例—P、积分—I、微分—D环节的系数给定完全相同，不需要分别单独调试。

图8所示的应用实例中，控制目标为电流源，其控制策略：外环为电流环，电流外环的输出做为电流内环正向电流和负向电流的给定，电流内环分别对正向电流和负向电流通过电流反馈做电流闭环PID调节，从而保证流入变压器原边的正负向电流相等，达到抑制偏磁的效果。正向与负向电流PID控制器的比例—P、积分—I、微分—D环节的系数给定完全相同，不需要分别单独调试。

Claims (1)

1.一种抑制与全桥逆变器配合的变压器偏磁的方法，其特征在于由DSP处理器控制全桥PWM逆变器的PWM发生器，DSP处理器的控制软件是由如下步骤实现的：

一、采集变压器原边电流，给定PWM发生器的给定电流

1)、对于PWM控制方式下的逆变器，DSP处理器是在逆变器两组对角开关管的关断时刻分别对变压器原边电流的正、负半周进行采样；

2)、对于全桥移相控制方式下的逆变器，DSP处理器是在逆变器超前桥壁的两个开关管的关断时刻分别对变压器原边电流的正、负半周进行采样；

二、分别对正负半周的采样电流做闭环PID调节，并且正负半周的采样电流做闭环PID调节时依据的是同一个PWM发生器的给定电流。